Происхождение вселенной

Вопрос об образовании  и строении галактик — следующий  важный вопрос происхождения Вселенной. Его изучает не только космология, как наука о Вселенной —  едином целом, но также и космогония (греч. «гонейа» означает рождение) — область науки, в которой изучаются происхождение и развитие космических тел и их систем (различают планетную, звездную, галактическую космогонию).

Галактика представляет собой  гигантские скопления звезд и  их систем, имеющие свой центр (ядро) и различную, не только сферическую, но часто спиралевидную, эллиптическую, сплюснутую или вообще неправильную форму. Галактик — миллиарды, и в  каждой из них насчитываются миллиарды  звезд.

Наша галактика называется Млечный Путь и состоит из 150 млрд. звезд. Ока состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Ее размеры —100 тыс. световых лет. Большая часть звезд  нашей галактики сосредоточена  в гигантском «диске» толщиной около 1500 световых лет. На расстоянии около 30 тыс. световых лет от центра галактики  расположено Солнце.

Ближайшая к нашей галактика (до которой световой луч бежит 2 млн. лет) — «туманность Андромеды». Она названа так потому, что именно в созвездии Андромеды в 1917 году был открыт первый внегалактический объект. Его принадлежность к другой галактике была доказана в 1923 году Э. Хабблом, нашедшим путем спектрального анализа в этом объекте звезды. Позже были обнаружены звезды и в других туманностях.

А в 1963 году были открыты  квазары (квазизвездные радиоисточники) — самые мощные источники радиоизлучения во Вселенной со светимостью в сотни раз большей светимости галактик и размерами в десятки раз меньшими их. Было предположено, что квазары представляют собой ядра новых галактик и, стало быть, процесс образования галактик продолжается и поныне.

 

 

4. Астрономия и космонавтика

 

Звезды изучает астрономия (от греч. «астрон» — звезда и «номос» закон) — наука о строении и развитии космических тел и их систем. Эта классическая наука переживает в XX веке свою вторую молодость в связи с бурным развитием техники наблюдений — основного своего метода исследований: телескопов-рефлекторов, приемников излучения (антенн) и т. п. В СССР в 1974 году вступил в действие в Ставропольском крае рефлектор с диаметром зеркала 6 м, собирающий света в миллионы раз больше, чем человеческий глаз.

В астрономии исследуются  радиоволны, свет, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское излучения и гамма-лучи. Астрономия делится на небесную механику, радиоастрономию, астрофизику и  другие дисциплины.

Особое значение приобретает  в настоящее время астрофизика  — часть астрономии, изучающая  физические и химические явления, происходящие в небесных телах, их системах и в  космическом пространстве. В отличие  от физики, в основе которой лежит  эксперимент, астрофизика основывается главным образом на наблюдениях. Но во многих случаях условия, в которых находится вещество, в небесных телах и системах отличается от доступных современным лабораториям (сверхвысокие и сверхнизкие плотности, высокая температура и т. д.). Благодаря этому астрофизические исследования приводят к открытию новых физических закономерностей.

Собственное значение астрофизики  определяется тем, что в настоящее  время основное внимание в релятивистской космологии переносится на физику Вселенной  — состояние вещества и физические процессы, идущие на разных стадиях  расширения Вселенной, включая наиболее ранние стадии.

Один из основных методов  астрофизики — спектральный анализ. Если пропустить луч белого солнечного света через узкую щель, а затем  сквозь стеклянную трехгранную призму, то он распадается на составляющие цвета, и на экране появится радужная цветовая I полоска с постепенным переходом от красного к фиолетовому — непрерывный спектр. Красный конец спектра образован лучами, наименее отклоняющимися при прохождении через призму, фиолетовый — наиболее отклоняемыми. Каждому химическому элементу соответствуют вполне определенные спектральные линии, что и позволяет использовать данный метод для изучения веществ.

К сожалению, коротковолновые  излучения — ультрафиолетовые, рентгеновские  и гамма-лучи — не проходят сквозь атмосферу Земли, и здесь на помощь астрономам приходит наука, которая  до недавнего времени рассматривалась  как прежде всего техническая  — космонавтика (от греч. «наутике» — искусство кораблевождения), обеспечивающая освоение космоса для нужд человечества с использованием летательных аппаратов.

Космонавтика изучает  проблемы: теории космических полетов  — расчеты траекторий и т.д.; научно-технические  — конструирование космических  ракет, двигателей, бортовых систем управления, пусковых сооружений, автоматических станций и пилотируемых кораблей, научных приборов, наземных систем управления полетами, служб траекторных  измерений, телеметрии, организация  и снабжение орбитальных станций  и др.; медико-биологические —  создание бортовых систем жизнеобеспечения, компенсация неблагоприятных явлений  в человеческом организме, связанных  с перегрузкой, невесомостью, радиацией  и др.

История космонавтики начинается с теоретических расчетов выхода человека в неземное пространство, которые дал К. Э. Циолковский в труде «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (1903 г.). Работы в области ракетной техники начаты в СССР в 1921 году. Первые запуски ракет на жидком топливе осуществлены в США в 1926 году.

Основными вехами в истории  космонавтики стали: запуск первого  искусственного спутника Земли 4 октября 1957 года, первый полет человека в  космос 12 апреля 1961 года, лунная экспедиция в 1969 году, создание орбитальных пилотируемых станций на околоземной ;     орбите, запуск космического корабля многоразового использования. Работы велись параллельно в СССР и США, но в последние годы наметилось объединение усилий в области исследования космического пространства. В1995 году осуществлен совместный проект «Мир» — «Шаттл», в котором американские корабли «Шаттл» использовались для доставки космонавтов на российскую орбитальную станцию «Мир».

Возможность изучать на орбитальных  станциях космическое излучение, которое  задерживается атмосферой Земли, способствует существенному прогрессу в области  астрофизики.

 

 

 

5 .Структура Вселенной

 

Вселенной на самых разных уровнях, от условно элементарных частиц и до гигантских сверхскоплений галактик, присуща структурность. Современная  структура Вселенной является результатом  космической эволюции, в ходе которой  из протогалактик образовались галактики, из протозвезд — звезды, из протопланетного облака — планеты.

Метагалактика представляет собой совокупность звездных систем — галактик, а ее структура определяется их распределением в пространстве, заполненном чрезвычайно разреженным  межгалактическим газом и пронизываемом  межгалактическими лучами.

Согласно современным  представлениям, для Метагалактики  характерна ячеистая (сетчатая, пористая) структура. Эти представления основываются на данных астрономических наблюдений, показавших, что галактики распределены не равномерно, а сосредоточены вблизи границ ячеек, внутри которых галактик почти нет. Кроме того, найдены  огромные объемы пространства (порядка  миллиона кубических мегапарсек), в  которых галактик пока не обнаружено. Пространственной моделью такой  структуры может служить кусок  пемзы, которая неоднородна в  небольших выделенных объемах, но однородна  в больших объемах.

Если брать не отдельные  участки Метагалактики, а ее крупномасштабную структуру в целом, то очевидно, что  в этой структуре не существует каких-то особых, чем-то выделяющихся мест или  направлений и вещество распределено сравнительно равномерно.

Возраст Метагалактики близок к возрасту Вселенной, поскольку  образование ее структуры приходится на период, следующий за разъединением  вещества и излучения. По современным  данным, возраст Метагалактики оценивается  в 15 млрд. лет. Ученые считают, что, по-видимому, близок к этому и возраст галактик, которые сформировались на одной из начальных стадий расширения Метагалактики.

Галактика — гигантская система, состоящая из скоплений  звезд и туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную  конфигурацию.

По форме галактики  условно разделяются на три типа: эллиптические, спиральные и неправильные.

Эллиптические галактики  обладают пространственной формой эллипсоида с разной степенью сжатия. Они являются наиболее простыми по структуре: распределение  звезд равномерно убывает от центра.

Спиральные галактики  представлены в форме спирали, включая  спиральные ветви. Это самый многочисленный вид галактик, к которому относится  и наша Галактика — Млечный  путь.

Неправильные галактики  не обладают выраженной формой, в них  отсутствует центральное ядро.

Некоторые галактики характеризуются  исключительно мощным радиоизлучением, превосходящим видимое излучение. Это радиогалактики.

В строении «правильных» галактик очень упрощенно можно выделить центральное ядро и сферическую  периферию, представленную либо в форме  огромных спиральных ветвей, либо в  форме эллиптического диска, включающих наиболее горячие и яркие звезды и массивные газовые облака.

Ядра галактик проявляют  свою активность в разных формах: в  непрерывном истечении потоков  вещества; в выбросах сгустков газа и облаков газа с массой в миллионы солнечных масс; в нетепловом радиоизлучении из околоядерной области.

В ядре галактики сосредоточены  самые старые звезды, возраст которых  приближается к возрасту галактики. Звезды среднего и молодого возраста расположены в диске галактики.

Звезды и туманности в  пределах галактики движутся довольно сложным образом: вместе с галактикой они принимают участие в расширении Вселенной, кроме того, они участвуют во вращении галактики вокруг оси.

Звезды. На современном этапе  эволюции Вселенной вещество в ней  находится преимущественно в  звездном состоянии. 97% вещества в нашей  Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения. У многих других галактик, если не у большинства, «звездная субстанция» составляет более чем 99,9% их массы.

Возраст звезд меняется в  достаточно большом диапазоне значений: от 15 млрд. лет, соответствующих возрасту Вселенной, до сотен тысяч — самых  молодых. Есть звезды, которые образуются в настоящее время и находятся  в протозвездной стадии, т.е. они  еще не стали настоящими звездами.

Огромное значение имеет  исследование взаимосвязи между  звездами и межзвездной средой, включая  проблему непрерывного образования  звезд из конденсирующейся диффузной (рассеянной) материи.

Рождение звезд происходит в газово-пылевых туманностях  под действием гравитационных, магнитных  и других сил, благодаря которым  идет формирование неустойчивых однородностей  и диффузная материя распадается  на ряд сгущений. Если такие сгущения сохраняются достаточно долго, то с  течением времени они превращаются в звезды. Важно отметить, что  происходит процесс рождения не отдельной  изолированной звезды, а звездных ассоциаций. Образовавшиеся газовые  тела притягиваются друг к другу, но не обязательно объединяются в  одно громадное тело. Вместо этого  они, как правило, начинают вращаться  относительно друг друга, и центробежная сила этого движения противодействует силе притяжения, ведущей к дальнейшей концентрации. Звезды эволюционируют от протозвезд, гигантских газовых  шаров, слабо светящихся и с низкой температурой, к звездам — плотным  плазменным телам с температурой внутри в миллионы градусов. Затем  начинается процесс ядерных превращений, описываемый в ядерной физике. Основная эволюция вещества во Вселенной происходила и происходит в недрах звезд. Именно там находится тот «плавильный тигель», который обусловил химическую эволюцию вещества во Вселенной.

В недрах звезд при температуре  порядка 10 млн. град, и при очень  высокой плотности атомы находятся  в ионизированном состоянии: электроны  почти полностью или абсолютно  все отделены от своих атомов. Оставшиеся ядра вступают во взаимодействие друг с другом, благодаря чему водород, имеющийся в изобилии в большинстве  звезд, превращается при участии  углерода в гелий. Эти и подобные ядерные превращения являются источником колоссального количества энергии, уносимой излучением звезд.

Огромная энергия, излучаемая звездами, образуется в результате ядерных процессов, происходящих внутри звезд. Те же силы, которые высвобождаются при взрыве водородной бомбы, образуют внутри звезды энергию, позволяющую  ей излучать свет и тепло в течение  миллионов и миллиардов лет за счет превращения водорода в более  тяжелые элементы, и прежде всего  в гелий. В итоге на завершающем  этапе эволюции звезды превращаются в инертные («мертвые») звезды.

Звезды не существуют изолированно, а образуют системы. Простейшие звездные системы — так называемые кратные  системы состоят из двух, трех, четырех, пяти и больше звезд, обращающихся вокруг общего центра тяжести. Компоненты некоторых  кратных систем окружены общей оболочкой  диффузной материи, источником которой, по-видимому, являются сами звезды, выбрасывающие  ее в пространство в виде мощного  потока газа.

Звезды объединены также  в еще большие группы — звездные скопления, которые могут иметь  «рассеянную» или «шаровую» структуру. Рассеянные звездные скопления насчитывают  несколько сотен отдельных звезд, шаровые скопления — многие сотни  тысяч.

Ассоциации, или скопления  звезд, также не являются неизменными  и вечно существующими. Через  определенное количество времени, исчисляемое миллионами лет, они рассеиваются силами галактического вращения.

Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных  по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет, десятки спутников  планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет и бесчисленное множество  метеоритных тел, движущихся как  роями, так и в виде отдельных  частиц. К 1979 г. было известно 34 спутника и 2000 астероидов. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела — Солнца. Солнечная система является упорядоченной  системой, имеющей свои закономерности строения. Единый характер Солнечной  системы проявляется в том, что  все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении  и почти в одной и той  же плоскости. Большинство спутников  планет (их лун) вращается в том  же направлении и в большинстве  случаев в экваториальной плоскости  своей планеты. Солнце, планеты, спутники планет вращаются вокруг своих осей в том же направлении, в котором  они совершают движение по своим  траекториям. Закономерно и строение Солнечной системы: каждая следующая  планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая. Принимая во внимание закономерности строения Солнечной системы, кажется  невозможным ее случайное образование.