Современная модель эволюции Вселенной

преодолевает эти трудности.

И сегодня мы уже достаточно уверенно можем говорить о том, как же

выглядит наш звездный остров. В центре его находится ядро, окруженное

множеством звезд. От него отходит несколько могучих спиральных ветвей...

Наша Галактика столь велика, что ее размеры нелегко себе представить: от

одного ее края до другого световой луч путешествует около 100 тысяч земных

лет.

Большая часть звезд нашей Галактики сосредоточена в гигантском “диске”

толщиной около 1500 световых лет. На расстоянии около 30 тысяч световых лет

от центра Галактики расположено наше Солнце.

Основное “население” Галактики - звезды. Мир этих небесных тел

необыкновенно разнообразен. И хотя все звезды - раскаленные шары, подобные

Солнцу, их физические характеристики различаются весьма существенно. Есть,

например, звезды гиганты и сверхгиганты. По своей величине они значительно

превосходят Солнце.

Еще большей плотностью обладают так называемые нейтронные звезды.

Нейтронная звезда - это громадное атомное ядро. Существование нейтронных

звёзд было теоретически предсказано еще в 30-х годах. Однако обнаружить их

удалось только в 1967 году по необычному импульсному радиоизлучению.

Звезды обладают различными поверхностными температурами - от нескольких

тысяч до десятков тысяч градусов. Различен и цвет звезд. Сравнительно

“холодные” звезды - с температурой около 3-4 тыс. градусов - красноватого

цвета. Наше Солнце, поверхность которого “нагрета” до 6 тысяч градусов,

обладает желто-зеленым цветом. Самые горячие звезды - с температурой,

превосходящей 10 - 12 тысяч градусов, - белые и голубоватые.

Температура поверхности Солнца составляет около 6000 C0.

Звезды обычно кажутся нам неподвижными. Но это лишь видимость. Так, нам

кажется, что Солнце движется по небу относительно неподвижной Земли, а на

самом деле наша планета вращается вокруг дневного светила. Нам кажется, что

Солнце и Луна имеют примерно одинаковые размеры, а в действительности

Солнце во много раз больше естественного спутника Земли, но расположено

гораздо дальше Луны...

Движутся и звезды. Но для того чтобы заметить их перемещение, надо

сравнивать положение звезд на небе через достаточно длительные промежутки

времени, например через десятки лет.

Один из самых грандиозных физических процессов во Вселенной - вспышки так

называемых новых и сверхновых звезд. В действительности звезда существует и

до вспышки. Но в какой-то момент под действием бурных физических процессов

такая звезда неожиданно увеличивается в объеме, “раздувается”, сбрасывает

свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выделяет чудовищную

энергию, светя, как миллиарды солнц. Затем, исчерпав свои ресурсы, эта

звезда постепенно тускнеет, а на месте вспышки остается газовая туманность.

Наше Солнце – “одинокая” звезда. Она лишена подобных себе горячих

спутников. Но во Вселенной есть двойные, тройные и более сложные звездные

системы, члены которых связаны друг с другом силами взаимного притяжения и

обращаются вокруг общего центра масс. Некоторые скопления содержат десятки,

сотни и тысячи звезд. А число звезд в больших шаровых скоплениях достигает

даже сотен тысяч.

Межзвездное пространство тоже не пусто. Оно заполнено газовыми и пылевыми

частицами, которые в некоторых местах образуют гигантские облака -

туманности, светлые и темные.

Звезды, составляющие Галактику, движутся вокруг ее центра по очень

сложным орбитам. С огромной скоростью - около 250 км/сек. несется в мировом

пространстве и наше Солнце, увлекая за собой свои планеты. Солнечная

система совершает один полный оборот вокруг галактического центра за 180

млн. лет.

Ближайшие к нашей Галактике звездные системы удалены от нас на расстояние

около 150 тыс. световых лет. Они видны на небе Южного полушария как

маленькие туманные пятнышки.

Наша Галактика и другие соседние звездные системы образуют Местную

систему галактик. В ее состав входит 16 галактик, а поперечник ее равен 2

млн. световых лет. Исследования показывают, что звездные острова, галактики

- типичные объекты Вселенной. Астрономам теперь известно великое множество

галактик во всех участках небесной сферы.

Галактики имеют разнообразную форму и строение. Есть галактики шаровые и

эллиптические, галактики в форме диска, спиралевидные, подобно нашей,

наконец, галактики неправильной формы. В области, доступной современным

средствам астрономических исследований, насчитываются миллиарды галактик.

Их совокупность ученые назвали Метагалактикой.

Вселенная - это вовсе не простая совокупность небесных тел, в ней

постоянно происходят чрезвычайно сложные и многообразные физические

процессы.

И именно с этой точки зрения изучение Вселенной представляет наибольший

интерес для современного естествознания. Космос - бесконечно разнообразная

лаборатория, где можно изучать такие состояния материи, такие физические

условия и процессы, которые недостижимы у нас на Земле.

Стремительный прогресс науки и техники в период научно - технической

революции, современниками которой мы являемся, ведет ко все новым и новым

открытиям, все более глубокому проникновению в самые сокровенные тайны

природы, к дальнейшему познанию фундаментальных законов мироздания. И

Вселенная в наше время становится все более важным источником уникальной

информации о явлениях природы.

Галактики разбегаются от нас во всех направлениях и, чем дальше находится

та или иная галактика, тем с большей скоростью она движется. Происходит

общее расширение Метагалактики, которое совершается таким образом, что

скорость взаимного удаления двух звездных систем тем выше, чем больше

расстояние между ними.

Картину взаимного разбегания галактик можно мысленно повернуть вспять, и

тогда мы придем к выводу, что в отдаленном прошлом, около 15-20 миллиардов

лет назад, материя находилась в ином состоянии, нежели в нашу эпоху. Тогда

не было еще ни звезд, ни планет, ни туманностей, ни галактик. Вся материя

была сосредоточена в очень плотном компактном сгустке горячей плазмы -

смеси элементарных частиц вещества и излучения. Затем произошел взрыв этого

сгустка и началось его расширение, в процессе которого образовались сначала

атомы, а затем звезды, галактики и все другие космические объекты.

Так возникла теория расширяющейся Вселенной - одна из наиболее

впечатляющих научных теорий XX столетия. Представления о неизменной,

стационарной Вселенной уступили место новым представлениям о Вселенной,

меняющейся с течением времени. Это был новый, чрезвычайно важный шаг в

познании свойств окружающего нас мира. Дальнейшие исследования показали,

что различные нестационарные явления вообще играют важную роль в

современной Вселенной.

Теория предсказывала, что, когда в процессе расширения температура среды

упадет до нескольких тысяч градусов, она станет прозрачной для

электромагнитных волн. Тогда электромагнитное излучение как бы “оторвется”

от вещества и постепенно заполнит все пространство Вселенной. И

действительно, в середине 60-х годов реликтовое излучение удалось

зарегистрировать.

Исследование его физических свойств показало, что первоначальное вещество

действительно обладало чрезвычайно высокой температурой. Тем самым было

получено наблюдательное подтверждение справедливости теории горячей

расширяющейся Вселенной. Существование реликтового излучения - очень

важное, решающее подтверждение того фундаментального факта, что мы, в самом

деле, живем в расширяющейся Метагалактике.

Следовательно, Вселенная не всегда была такой, как в современную эпоху.

Она изменяется с течением времени; ее прошлое не тождественно настоящему, а

настоящее - будущему. Таким образом, когда-то нашей Вселенной вообще не

существовало, хотя и тогда была материя, из которой она впоследствии

образовалась. Материальный мир вечен, а Вселенная - его часть, выделенная

человеком. В процессе своей познавательной и практической деятельности

человек выделяет, вычленяет из бесконечно разнообразного материального мира

определенные объекты, явления, связи, взаимодействия. Это как бы конечный

“срез” бесконечно разнообразного мира - наша Вселенная, или, как ее иногда

называют Вселенная естествоиспытателя.

Если в первой половине XX столетия астрофизики интересовались главным

образом изучением тех свойств космических объектов, которые характеризуют

их современное состояние, то в последние десятилетия астрофизика

превратилась в эволюционную науку, в центре внимания которой находятся

закономерности происхождения и развития космических объектов.

Если мы будем знать закономерности эволюционных процессов, то сможем

прогнозировать развитие космических явлений и будущие состояния космических

объектов, исходя из их современных состояний. А это задача, имеющая не

только чисто теоретическое, но и огромное практическое значение: ведь в

физическом отношении мы сами являемся частью Вселенной и наше существование

тесно связано с “космической обстановкой”.

В современной астрофизике существуют две основные концепции по

возникновению и развитию космических объектов. Одна из них, наиболее

распространенная, - ее часто называют “классической” - исходит из того, что

космические объекты образуются в результате сгущения конденсации

рассеянного диффузного вещества - газа и пыли. Согласно другой концепции,

развиваемой известным советским ученым академиком В. А. Амбарцумяном,

космические объекты возникают в результате распада на части, фрагментации

плотных или сверхплотных “прототел”, сгустков “дозвездного” вещества. Какая

из этих гипотез более справедлива - покажут будущие исследования.

В 1963 году на очень больших расстояниях от нашей Галактики, на границах

наблюдаемой Вселенной, были обнаружены удивительные объекты, получившие

впоследствии название квазаров. При сравнительно небольших размерах,

квазары выделяют колоссальную энергию, примерно в 100 раз превосходящую

энергию излучения самых гигантских галактик, состоящих из десятков и сотен

миллиардов звезд.

Оказывается, чем дальше от нас находится тот или иной космический объект,

тем в более отдаленном прошлом мы его наблюдаем. Это связано с конечной

скоростью распространения света. Хотя она и составляет 300 тысяч км/сек.

даже при такой огромной скорости для преодоления космических расстояний

необходимы долгие годы, десятки, сотни, миллионы и миллиарды лет. Поэтому,

глядя на небо, мы видим космические объекты - Солнце, планеты, звезды,

галактики в прошлом. Причем различные объекты - в разном прошлом. Например,

Полярную звезду - такой, какой она была около шести веков назад.

Все это говорит о том, что излучение квазаров и активность ядер галактик

связаны со сходными физическими процессами. Однако вопрос о природе этих

процессов все еще остается открытым.

Еще один очень интересный вопрос, связанный с изучением Вселенной, -

геометрические свойства пространства, его конечность или бесконечность. Эту

проблему пытались решить еще великие философы древности.

В прошлом понятие Вселенной отождествлялось с понятием материального

мира. И когда речь шла о конечности или бесконечности Вселенной, то

фактически рассматривался вопрос о конечности или бесконечности

материальною мира.

На протяжении истории науки представления о геометрических свойствах

пространства менялись не раз. Аристотель и Птолемей ограничивали мир

“сферой неподвижных звезд”, классическая физика Ньютона, наоборот,

приходила к выводу о бесконечности мирового пространства. И лишь с

возникновением теории относительности А. Эйнштейна появилась возможность

более глубоко разобраться в существе этой проблемы. Если физика Ньютона

рассматривала пространство как простое вместилище небесных тел, то А.

Эйнштейну удалось вскрыть тесную связь между геометрией пространства и

материей.

Таким образом, пространство, в котором мы живем, искривлено. А в

искривленном мире “неограниченность” и “бесконечность” - не одно и то же.

Оказывается, неограниченное пространство, то есть пространство, не имеющее

“края”, границы, в то же время может быть конечным, как бы замкнутым в

себе.

Что касается мирового пространства, то его неограниченность не вызывает

сомнения. Мир - это материя, а материя не может иметь границ в том смысле,

что за материальным миром может располагаться нечто нематериальное. И это,

разумеется, принципиальный философский вопрос - вопрос о материальном

единстве мира.

Что же касается его конечности или бесконечности, то этот вопрос могут

решить только конкретные науки - астрономия и физика.

Современные средства астрономических наблюдений - мощные телескопы и

радиотелескопы - охватывают огромную область пространства радиусом около 12

миллиардов световых лет.

Развитие астрономии в XX веке выявило тесную взаимосвязь и

взаимозависимость между существованием жизни на Земле и свойствами

Вселенной. В физическом отношении человечество является частью Вселенной и

подчиняется действующим в ней физическим и другим закономерностям. В

частности, само возникновение жизни на Земле обусловлено всем ходом

эволюции материи во Вселенной, эволюции, на определенном этапе которой

сложились условия, сделавшие возможным образование живых структур.

Таким образом, в широком смысле слова Вселенная является средой нашего

обитания. Поэтому немаловажное значение для практической деятельности

человечества имеет то обстоятельство, что во Вселенной господствуют

необратимые физические процессы, что она изменяется с течением времени.

Человек приступил к освоению космоса, наши свершения приобретают все

больший размах, глобальные и даже космические масштабы. И для того, чтобы

учесть их близкие и отдаленные последствия, те изменения, которые они могут

внести в состояние среды нашего обитания, в том числе и космической, мы

должны принимать во внимание не только земные процессы, но и закономерности

космического масштаба.

Семья Солнца

Солнечная система - это, прежде всего звезда Солнце и девять планет,

обращающихся вокруг него. В порядке расстояний от светила, они

располагаются следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер,

Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Три последние планеты с Земли можно

наблюдать только в телескопы. Остальные видны как более или менее яркие

кружки и известны людям со времен глубокой древности.

Солнце служит центром притяжения не только для девяти больших планет, но

и для десятков (а возможно, и сотен) тысяч различных космических тел:

планетных спутников, астероидов, комет, а также метеоритов, частиц

газопылевой материи, рассеянных атомов различных химических элементов,

потоков атомных частиц и т. д.

Солнечная система, таким образом, весьма сложное образование, ряд

закономерностей которого стал доступен для изучения лишь в последние

десятилетия. Огромную роль в их исследовании приобретает сейчас

космонавтика - наиболее мощное и перспективное средство познания Вселенной.

Один из центральных вопросов, связанных с изучением нашей планетной

системы, - проблема ее происхождения. Как возникла семья небесных тел,

обращающихся вокруг Солнца? Ответ на этот вопрос имеет не только важное

естественнонаучное, но и мировоззренческое, философское значение. На

протяжении веков ученые пытались выяснить прошлое, настоящее и будущее

Вселенной. Нередко их представления были в той или иной степени связаны с

господствовавшими религиозными воззрениями. Но еще в глубокой древности

зародилась мысль, что мир не был создан никем из богов. Он всегда

существовал и будет существовать. Одни миры возникают, развиваются, другие

- разрушаются и умирают. Земля, как и другие миры, сформировалась в

результате естественных причин.

Однако такие гениальные догадки настолько опережали эпоху, что не могли

быть восприняты современниками. В споре о путях происхождения и развития

Земли и планет столкнулись два прямо противоположных и непримиримых

суждения о том, что лежит в основе мироздания - дух или вечно существующая

материя? Создан ли мир богом, или он существует вечно?

В отличие от идеалистов, утверждающих первичность духа и считающих мир

продуктом творения бога, материалисты признают первичность материи.

Подтверждая свои выводы практикой исследований и наблюдений, основываясь на

повседневном опыте, материалисты доказывают, что все небесные тела, в том

числе Земля и планеты, могли возникнуть лишь из других форм материи, то

есть, сформировались естественным путем. В наше время все сколько-нибудь

значительные космогонические гипотезы являются последовательно

материалистическими.

Важной закономерностью является то, что все планеты движутся вокруг

Солнца в одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона) и

почти по круговым орбитам.

По своим физическим характеристикам планеты образуют две различные

группы, отличающиеся размерами, плотностью, химическим составом планет.

Одна из них состоит из сравнительно небольших планет земной группы -

Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Их вещество отличается высокой плотностью:

в среднем около 5,5 г/см3, что в 5,5 раза превосходит плотность воды.

Другую группу составляют планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Эти планеты обладают огромными массами. Так, масса Урана равна 15 земным

массам, а Юпитера - 318. Все планеты этой группы сравнительно быстро

вращаются вокруг своей оси. Сутки на Нептуне длятся, например, 15 часов 48

минут, а на Юпитере - всего 9 часов 50 минут. Состоят планеты - гиганты

главным образом из водорода и гелия, а средняя плотность их вещества близка

к плотности воды. Судя по всему, у этих планет нет твердой поверхности,

подобной поверхности планет земной группы. Особое место занимает девятая

планета - Плутон, - открытая в марте 1930 года. По своим размерам она ближе

к планетам земной группы. Не так давно астрономам удалось обнаружить, что

Плутон - двойная планета: она состоит из центрального тела и очень большого

спутника. Оба небесных тела обращаются вокруг общего центра масс. Плутон

необычен и в другом отношении. В то время как орбиты всех остальных планет

лежат приблизительно в одной плоскости, плоскость орбиты Плутона наклонена

к ней под углом около 17 градусов.

Согласно современным представлениям, планеты Солнечной системы

образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды

лет назад. Наиболее последовательно такая точка зрения проведена в работах

советского ученого академика О.Ю. Шмидта.

В основе теории О. Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем

объединения твердых тел и пылевых частиц. Возникшее около Солнца

газопылевое облако вначале состояло на 98% из водорода и гелия. Остальные

элементы конденсировались в пылевые частицы. Однако беспорядочное движение

газа в облаке быстро прекратилось: оно сменилось спокойным обращением

облака вокруг Солнца.

Пылевые частицы сконцентрировались в центральной плоскости, образовав

слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого

“критического“ значения, его собственное тяготение стало “соперничать” с

тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные

пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество

сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобрели почти круговые

орбиты и в своем росте начали обгонять другие тела, став потенциальными

зародышами будущих планет. Как более массивные тела, новообразования

присоединили к себе оставшееся вещество газопылевого облака. В конце концов

сформировалось девять больших планет, движение которых по орбитам остается

устойчивым на протяжении миллиардов лет.

Таким образом, почти круговые орбиты планет явились результатом

осреднения орбит тел, объединившихся в планеты. Деление планет на две

группы связано с тем, что в далеких от Солнца частях облака температура

была низкой и все вещества, кроме водорода и гелия, образовали твердые

частицы. Среди них преобладали метан, аммиак и вода, определившие состав

Урана и Нептуна. В составе самых массивных планет - Юпитера и Сатурна,

кроме того, оказалось значительное количество газов. В области планет

земной группы температура была значительно выше, и все летучие вещества (в

том числе метан и аммиак) остались в газообразном состоянии и,

следовательно, в состав планет не вошли. Планеты этой группы сформировались

в основном из силикатов и металлов.

Научная теория происхождения Солнечной системы подтверждается

многочисленными наблюдениями. Однако сейчас еще нельзя сказать, что процесс

образования планет досконально изучен.

Центральное тело нашей планетной системы - Солнце. Оно могучий источник

энергии: ежесекундно наше светило излучает такое количество тепла, которого

вполне хватило бы, чтобы растопить слой льда, окружающий земной шар,

толщиной в тысячу километров.

Ученые давно задумывались над тем, каким образом Солнце восполняет запасы

своей энергии, столь щедро излучаемой в мировое пространство. На первых

порах наиболее естественным считалось предположение, что энергия нашего

дневного светила не пополняется. Но в таком случае температура Солнца

должна была бы заметно понижаться (по расчетам, на 2 процента в год), а

следовательно, непрерывно уменьшалось бы количество тепла и света,

получаемых Землей. Между тем измерения, проводившиеся на протяжении ряда

лет на специальных горных станциях, говорят о том, что поток светового и

теплового излучения Солнца практически не меняется. А это означает, что

энергия нашего светила постоянно пополняется из какого-то источника.

Страницы: 1, 2, 3