Vvedenie v astronomiyu

---

<< Predydushaya

Soderzhanie

Sleduyushaya >>

1. Vselennaya kak ob'ekt nauki

1.1. Vselennaya kak ob'ekt issledovaniya

Ob'ektom estestvoznaniya yavlyaetsya priroda, to est' ves' okruzhayushii nas mir. Samym obshim ponyatiem, ohvatyvayushim ves' material'nyi mir, yavlyaetsya ponyatie "Vselennaya". Ono mozhet schitat'sya ekvivalentom ponyatiya "priroda". V bolee uzkom smysle pod Vselennoi ponimaetsya okruzhayushii nas megamir - sovokupnost' makroskopicheskih tel i ih sistem astronomicheskogo (to est' gigantskogo) masshtaba. Makroskopicheskie tela - eto fizicheskie sistemy, sostoyashie iz ogromnogo kolichestva chastic (atomov i molekul). Bolee konkretno, megamir - eto mirovoe prostranstvo, nebesnye tela i ih sistemy, kosmicheskie gaz, pyl', elektromagnitnye polya, kosmicheskie elementarnye chasticy. Vselennuyu, rassmatrivaemuyu, kak edinoe celoe, podchinyayushuyusya obshim zakonom, nazyvayut kosmosom. Znachenie slova "kosmos" v grecheskom yazyke - "poryadok, garmoniya, krasota". Eto slovo rodstvenno slovu "kosmetika", smysl kotorogo "iskusstvo ukrashat'". Schitaetsya, chto vpervye Vselennuyu kak garmonichnuyu, uporyadochennuyu sistemu nazval kosmosom drevnegrecheskii uchenyi Pifagor. Ponyatie "kosmos" chasto ispol'zuyut v kachestve sinonima ponyatiya "Vselennaya". V populyarnoi literature "kosmicheskoe" ochen' chasto protivopostavlyayut "zemnomu", hotya Zemlya tozhe ob'ekt Vselennoi.

Nablyudaemaya oblast' Vselennoi nazyvaetsya Metagalaktikoi. Ee granicy po mere sovershenstvovaniya astronomicheskih instrumentov rasshiryayutsya, no sushestvuet principial'nyi predel, obuslovlennyi konechnost'yu skorosti sveta. V nastoyashee vremya radius Metagalaktiki raven 10 milliardov svetovyh let, to est' rasstoyaniyu, kotoroe elektromagnitnye volny prohodyat za 10 milliardov let (skorost' sveta 300000 km/s).

V etom posobii budet takzhe ispol'zovat'sya termin "megamir", tak kak on naibolee abstragirovan ot ponyatii konkretnyh nauk i bolee drugih terminov napolnen fizicheskim soderzhaniem.

Osnovnye svedeniya o megamire mogut byt' polucheny dvumya putyami: eksperimental'nym i teoreticheskim. Poslednii podhod ne yavlyaetsya polnost'yu nezavisimym, tak kak lyubaya teoreticheskaya model' opiraetsya na eksperimental'nye fakty, a vot dlya ee issledovaniya ispol'zuyut bolee podrobnyi matematicheskii apparat. Eksperimental'noe izuchenie kosmicheskih ob'ektov i  vsego mirovogo prostranstva baziruetsya takzhe na dvuh osnovah: neposredstvennoe issledovanie svoistv ob'ektov pri pomoshi laboratornogo oborudovaniya i nablyudenie ob'ekta, to est' issledovanie ego elektromagnitnogo izlucheniya. Kontaktnoe (laboratornoe) issledovanie veshestva kosmicheskih tel ne yavlyaetsya chem-to isklyuchitel'nym. V laboratoriyah Zemli issledovalis' gornye porody s Luny, dostavlennye pilotiruemymi apparatami "Apollon" i avtomaticheskimi stanciyami "Luna-16" i "Luna-20", mnogochislennye meteority, po sovremennym vozzreniyam yavlyayushiesya oblomkami asteroidov. Kontaktnoe izuchenie pri pomoshi sootvetstvuyushei apparatury provodilis' na poverhnostyah Luny, Venery, Marsa. Mnogochislennye iskusstvennye nauchnye sputniki i avtomaticheskie mezhplanetnye stancii neposredstvenno izuchali pri pomoshi priborov fizicheskie svoistva okolozemnogo i mezhplanetnogo prostranstva. Etot metod issledovaniya budet rasshiryat'sya, emu budut dostupny dlya izucheniya drugie planety Solnechnoi sistemy i mnogochislennye sputniki etih planet.

Odnako, poka eshe osnovnoi metod issledovaniya ob'ektov megamira - izuchenie ih elektromagnitnogo izlucheniya. Eto obuslovleno tem, chto kontaktnoe issledovanie neprimenimo dlya raskalennyh ob'ektov (zvezd). K tomu zhe ob'ekty, bolee udalennye ot Zemli, chem tela Solnechnoi sistemy, ochevidno, ostanutsya i v nastoyashem i v budushem nedostupnymi  dlya kontaktnogo issledovaniya. Kosmicheskoe elektromagnitnoe izluchenie registriruetsya v ochen' bol'shom intervale chastot: ot 10⁷ Gc (l = 30 m - dlinnovolnovoe radioizluchenie) do 10²⁷ Gc (l = 3*10^-19 m = 3*10^-10 nm- sverhzhestkoe g-izluchenie). Polnyi analiz raspredeleniya moshnosti izlucheniya po spektru neset chrezvychaino mnogo informacii o fizicheskih svoistvah kazhdogo kosmicheskogo tela. Znaya rasstoyanie, kotoroe opredelyaetsya iz astrometricheskogo ili astrofizicheskogo analiza mozhno naiti takie parametry ob'ekta, kak ego temperatura, razmery, himicheskii sostav i, dazhe, ne pribegaya k postroeniyu modelei vnutrennego stroeniya, ocenit' vozrast ob'ekta, ego proshloe i budushee.

Pribory dlya sobiraniya i issledovaniya kosmicheskogo elektromagnitnogo izlucheniya nazyvayutsya teleskopami. Glavnoi chast'yu teleskopa yavlyaetsya ob'ektiv, kotoryi vosprinimaet potok izlucheniya. Dannaya fizicheskaya velichina pryamo proporcional'na kvadratu diametra ob'ektiva teleskopa i, sledovatel'no, vo mnogo raz bol'she potoka registriruemogo chelovecheskim glazom. V zavisimosti ot diapazona registriruemogo kosmicheskogo izlucheniya teleskopy mogut byt' opticheskimi, radioteleskopami, rentgenovskimi, g-teleskopami i t.d. V kachestve ob'ektivov opticheskih teleskopov ispol'zuyutsya metallicheskie (ili s metallicheskim pokrytiem) paraboloidnye zerkala. Takie teleskopy nazyvayutsya reflektorami. Dlya issledovaniya opticheskoi chasti spektra ispol'zuyutsya takzhe refraktory, v kotoryh ob'ektivom yavlyaetsya sistema linz. Nebol'shie opticheskie teleskopy chashe vsego - refraktory, a srednie i krupnye - reflektory.

Izuchenie Vselennoi nachalos' i prodolzhaetsya v techenie neskol'kih tysyacheletii; vplot' do serediny XX veka, eto proishodilo pochti isklyuchitel'no opticheskimi metodami. Eto svyazano s tem, chto chelovecheskii glaz ostavalsya edinstvenno vozmozhnym priemnikom elektromagnitnogo izlucheniya, k tomu zhe ochen' chuvstvitel'nym. Krivaya vidnosti (spektral'noi chuvstvitel'nosti) chelovecheskogo glaza sootvetstvuet krivoi raspredeleniya energii v spektre Solnca. Poetomu dostupnoi oblast'yu izlucheniya kosmicheskih tel byl diapazon ot 0.4 do 0.7mkm. Pervye astronomicheskie nauchnye nablyudeniya yavlyalis' astrometricheskimi; izuchalos'  tol'ko raspolozhenie svetil i ih vidimoe dvizhenie na nebesnoi sfere.

Takie nablyudeniya s ispol'zovaniem uglomernyh instrumentov pozvolili sformulirovat' pervye nauchnye modeli mira - Ptolemeya i Kopernika. Seichas astronomy nauchilis' opredelyat' rasstoyaniya, kak do tel Solnechnoi sistemy, tak i bolee udalennyh ob'ektov: zvezd i galaktik. Tem samym udalos' predstavit' geometricheskuyu strukturu mira.

Opticheskie nablyudeniya i v nastoyashee vremya ne poteryali svoego znacheniya. Nablyudeniya v drugih spektral'nyh diapazonah pozvolili sdelat' vazhnye otkrytiya. Tak, radiovolny prinesli informaciyu ob aktivnyh galaktikah, o stroenii yader galaktik, v tom chisle i nashei Galaktiki, togda kak opticheskoe izluchenie ot centra Galaktiki polnost'yu zaderzhivaetsya kosmicheskoi pyl'yu. Nablyudeniya v rentgenovskom i g-diapazonah pozvolyali issledovat' kosmicheskie ob'ekty na pozdnih stadiyah ih zhizni (pul'sary, chernye dyry i t.d.).

Nauka, izuchayushaya megamir, nazyvaetsya astronomiei. Astronomiya - sostavnaya chast' estestvoznaniya. Ona yavlyaetsya samoi drevnei iz estestvennyh nauk. Iz potrebnostei astronomii voznikla matematika. Astronomiya stimulirovala poyavlenie fiziki. Tak, astronom G.Galilei yavlyaetsya osnovopolozhnikom mehaniki. S drugoi storony v XIX veke fizicheskie metody issledovaniya pronikli v astronomiyu, i voznikla simbioticheskaya nauka - astrofizika, kotoraya izuchaet fizicheskie svoistva kosmicheskih tel. V nastoyashee vremya Vselennuyu izuchayut predstaviteli raznyh nauk. Neitrinnoe izluchenie Solnca nahoditsya v vedenii "chistyh" fizikov. V kontaktnyh issledovaniyah kosmicheskih tel uchastvuyut fiziki, himiki, inzhenery, kosmonavty. V budushem nauki, izuchayushie megamir, budut bolee obshirnymi i glubokimi, chem ih zemnye analogi.

1.2 Ob'ekty Vselennoi i ih harakteristiki

Priroda material'na i megamir, kak chast' prirody, tozhe materialen. Materiya sushestvuet vne nashego soznaniya, no mozhet byt' vosprinyata nashimi organami chuvstv i poznana razumom cheloveka. Material'nyi mir sushestvuet v dvuh formah: v vide veshestva i v vide fizicheskih polei. Veshestvo vo Vselennoi nablyudaetsya v vide dvuh substancii: kak diskretnye ob'ekty i kak diffuznoe veshestvo.

Osnovnye tipy diskretnyh ob'ektov: eto goryachie ob'ekty - zvezdy i holodnye ob'ekty, predstavitelyami kotoryh mogut schitat'sya, naprimer, planety.

Zvezdy - eto massivnye plazmennye ob'ekty, na opredelennoi dostatochno dlitel'noi stadii svoego sushestvovaniya, izluchayushie za schet energii termoyadernogo sinteza, proishodyashego v ih nedrah. Zvezdy sostavlyayut glavnyi komponent vidimogo veshestva Vselennoi. Osnovnym parametrom zvezdy yavlyaetsya ee massa. Massa opredelyaet vse drugie harakteristiki zvezdy, i dazhe vremya ee zhizni. Vazhnymi harakteristikami zvezd okazyvayutsya: polnaya moshnost' izlucheniya (svetimost'), poverhnostnaya temperatura i radius. Massy izvestnyh zvezd zafiksirovany v predelah 0.1 - 80 mass Solnca. Massa Solnca ravna 2*10³⁰kg i v astronomii chasto ispol'zuetsya kak edinica massy, tozhe otnositsya i k svetimosti Solnca (3.86*10²⁶ Vt). Naimen'shee znachenie mass zvezd - 0.02 - 0.08 mass Solnca; pri men'shih znacheniyah massy temperatura v centre zvezdy nedostatochna dlya nachala termoyadernyh reakcii. Verhnii predel massy opredelyaetsya vozmozhnost'yu sushestvovaniya zvezdy kak edinogo celogo. Svetimosti zvezd zaklyucheny v ochen' bol'shih predelah: ot 10^-5L do 10⁺⁵L, to est' zvezdy bol'shoi svetimosti izluchayut v 10 milliardov raz bol'she, chem zvezdy samoi maloi svetimosti.

Predely poverhnostnoi temperatury zvezd takzhe veliki. Sushestvuyut ochen' holodnye zvezdy, s temperaturoi poverhnosti okolo 2000 K i dazhe menee i ochen' goryachie zvezdy, s temperaturoi do 50000 K. Holodnye zvezdy izluchayut preimushestvenno v krasnoi i infrakrasnoi oblastyah spektra, naprimer, Betel'geize - a Oriona, m Cefeya. Goryachie zvezdy izluchayut v osnovnom v vidimoi i ul'trafioletovoi oblastyah spektra, naprimer Vega - a Liry, yadra planetarnyh tumannostei. Kosvennoi harakteristikoi raspredeleniya energii v spektre zvezdy yavlyaetsya ee cvet, holodnye zvezdy vyglyadyat krasnovatymi, a goryachie okazyvayutsya belymi ili golubymi.

Moshnost' izlucheniya edinicy poverhnosti zvezdy, rassmatrivaemoi kak absolyutno chernoe telo, proporcional'na chetvertoi stepeni absolyutnoi temperatury (zakon Stefana-Bol'cmana). Iz nablyudenii polucheno, chto otnoshenie predel'nyh svetimostei zvezd odnoi i toi zhe temperatury na tri poryadka prevyshaet moshnost' izlucheniya s edinicy poverhnosti. Otsyuda sleduet interesnyi vyvod, chto zvezdy s odinakovoi temperaturoi poverhnosti mogut imet' raznye razmery. Deistvitel'no, vse zvezdy delyatsya po razmeram na tri gruppy: zvezdy s razmerami blizkimi k razmeru Solnca - tak nazyvaemye zvezdy-karliki, zvezdy s razmerami, sushestvenno prevyshayushimi razmery Solnca (zvezdy-giganty i sverhgiganty) i sverhplotnye zvezdy, razmery kotoryh sravnimy s razmerami Zemli. Mezhdu etimi gruppami zvezd sushestvuet geneticheskaya svyaz'. Evolyucioniruya, zvezda prohodit cherez vse stadii, to est' mozhet byt' zvezdoi - karlikom, gigantom i plotnym obrazovaniem.

Iz vseh zvezd luchshe vsego izuchena blizhaishaya k Zemle zvezda - Solnce. Po prinyatoi terminologii Solnce - zheltyi karlik s temperaturoi poverhnosti okolo 6000 K. Radius Solnca sostavlyaet 700000 km, chto primerno v 110 raz bol'she radiusa Zemli. Solnce sostoit iz vodoroda i geliya, prichem vodoroda v 3 raza bol'she, chem geliya. Istochnikom energii Solnca yavlyayutsya reakcii sinteza vodoroda v gelii. Takie reakcii mogut proishodit' tol'ko pri ochen' vysokoi temperature - 15 millionov Kel'vinov, pri etom dva protona i dva neitrona ob'edinyayutsya i obrazuyut yadro atoma geliya. Zona termoyadernyh reakcii zanimaet 0.3 radiusa Solnca. V processe termoyadernogo sinteza vydelyaetsya ochen' mnogo energii, kotoraya v vide kvantov elektromagnitnogo izlucheniya diffundiruet k poverhnostnym sloyam Solnca. V glubokih sloyah Solnca  peredacha energii proishodit preimushestvenno posredstvom lucheispuskaniya, v bolee vysokih sloyah veshestvo stanovitsya menee prozrachnym i peredacha energii idet posredstvom massoperenosa - konvekcii. V poverhnostnom sloe Solnca - fotosfere snova osnovnuyu rol' igraet lucheispuskanie. V gigantah i sverhgigantah s nizkoi poverhnostnoi temperaturoi oblast' termoyadernogo sinteza predstavlyaet soboi sloevoi istochnik goreniya vodoroda vokrug izotermicheskogo gelievogo yadra. Vsledstvie priblizheniya istochnika energii k poverhnosti, zvezda raspuhaet, ee razmery mogut v desyatki ili sotni raz prevysit' razmery Solnca.

Planety - eto malomassivnye holodnye ob'ekty, v kotoryh ne mogut idti termoyadernye reakcii. Svetyat planety za schet otrazheniya sveta zvezdy, vokrug kotoroi oni obrashayutsya. Po-vidimomu, planetnye sistemy sushestvuyut vokrug mnogih zvezd, no iz-za slabosti ih izlucheniya oni ne mogut byt' neposredstvenno nablyudaemy s Zemli. Razlichnye kosvennye metody pozvolyayut predpolozhit' nalichie u nekotoryh zvezd holodnyh sputnikov, kotorye vozmozhno yavlyayutsya planetami.

Astronomicheskomu i fizicheskomu issledovaniyu dostupny pokatol'ko planety Solnechnoi sistemy. Vokrug Solnca po sovremennym dannym obrashaetsya devyat' bol'shih planet i neskol'ko tysyach malyh planet.

Bol'shie planety - eto sharoobraznye tela, obrashayushiesya vokrug Solnca po pochti krugovym, tochnee ellipticheskim orbitam s nebol'shimi ekscentrisitetami. Bol'shie planety podrazdelyayutsya na dve bol'shie gruppy: planety zemnoi gruppy i planety-giganty.

Planety zemnoi gruppy (naibolee blizkie k Solncu): Merkurii, Venera, Zemlya i Mars. Eto tverdye ob'ekty. Zemlya i Venera po masse i radiusu sravnimy drug s drugom, odnako atmosfera Venery sostoit preimushestvenno iz uglekislogo gaza, togda kak atmosfera zemli azotno-kislorodnaya. Uglekislyi gaz obladaet sil'nym parnikovym effektom. On propuskaet vidimyi svet i ne propuskaet ot planety teplovoe izluchenie. Vsledstvie etogo na Venere ochen' vysokaya poverhnostnaya temperatura - do 500œS. Plotnyi oblachnyi pokrov polnost'yu zakryvaet poverhnost' planety.

Planety Merkurii i Mars men'she, chem Zemlya. Merkurii davno poteryal svoyu atmosferu, a vot na Marse ona eshe est', no ochen' razrezhennaya. Poverhnosti Merkuriya i Marsa pokryty, kak i Luna, bol'shim kolichestvom kraterov. Kratery eto rezul'tat udarnogo vzaimodeistviya planet s meteoritami na rannei stadii sushestvovaniya planetnoi sistemy.

K planetam-gigantam otnosyatsya Yupiter, Saturn, Uran, Neptun. Razmery Yupitera i Saturna primerno v 10 raz bol'she razmerov Zemli. Vse eti planety imeyut gazovuyu prirodu. V glubokih sloyah gaz perehodit v zhidkoe sostoyanie. Himicheskii sostav etih planet takoi zhe, kak u Solnca: vodorod i gelii. Planety - giganty yavlyayutsya nesostoyavshimisya zvezdami, ih massa okazalas' nedostatochnoi dlya nachala termoyadernyh reakcii.

Samoi udalennoi planetoi ot Solnca (bol'shaya poluos' orbity - 40 astronomicheskih edinic) yavlyaetsya Pluton. Eta planeta eshe malo izuchena, no ona po fizicheskim usloviyam napominaet planety zemnoi gruppy ili tak nazyvaemye malye planety. Po orbite Plutona dvizhutsya mnogo nebol'shih tel, nazvannyh plutino ("plutonchiki")

Orbity malyh planet, inache nazyvaemyh asteroidami, raspolozheny v osnovnom mezhdu orbitami Marsa i Yupitera. Malye planety opravdyvayut svoe nazvanie. Samyi bol'shoi iz izvestnyh asteroidov - eto Cerera s razmerom okolo 1000 km, ostal'nye eshe men'she. Ih nepravil'nye formy ochevidny u tel maloi massy. Orbity nekotoryh malyh planet vytyanuty i dazhe zahodyat vnutr' orbity Merkuriya. Est' gipotezy o sushestvovanii transplutonovyh planet, no poka net nablyudenii etih ob'ektov.

Mnogie bol'shie planety imeyut sputnikov. Forma sputnikov bol'shoi massy - sharoobraznaya, a vot vse malo massivnye sputniki imeyut nepravil'nuyu formu. Ne obnaruzheny sputniki tol'ko u Merkuriya i Venery, a naibol'shee ih chislo u Yupitera i Saturna do treh desyatkov u kazhdoi planety. Ezhednevno otkryvayutsya vse bolee melkie i udalennye ot planet-gigantov sputniki. Sputniki planet Solnechnoi sistemy ves'ma raznoobrazny po svoim fizicheskim harakteristikam i vnutrennemu stroeniyu. Est' sputniki s atmosferami i bez nih, sputniki ledyanye, kamennye, sostoyashie iz sery i t.d.

V Solnechnuyu sistemu, krome Solnca, planet i ih sputnikov, vhodit mnogochislennaya sem'ya komet. Eto ob'ekty, sostoyashie iz protoplanetnogo veshestva ili po nekotorym dannym iz mezhzvezdnogo veshestva i v osnovnom nahodyashiesya daleko za predelami orbity Plutona. Pod deistviem massivnyh ob'ektov, v tom chisle i blizhaishih zvezd, komety izmenyayut svoyu orbitu i ustremlyayutsya k Solncu. Po mere priblizheniyu k nemu u komety obrazuetsya obshirnyi hvost iz gaza i pyli, kotoryi pod deistviem korpuskul solnechnogo vetra i davleniya solnechnogo sveta vytyagivaetsya ot Solnca. Hvost yavlyaetsya harakternym i effektnym obrazovaniem komety. Ezhegodno otkryvayut neskol'ko komet, obychno slabyh. Yarkie komety, prohodyashie blizko ot Solnca, naoborot yavlyayutsya dostatochno redkim yavleniem. K schast'yu, vtoraya polovina XX veka okazalas' blagopriyatnoi dlya nablyudenii yarkih komet. Eto komety Mrkosa, Arenda-Rolana, Ikeia-Seki, Hiakutake 1996g. Vesnoi 1997g. byla prekrasno vidna kometa samaya bol'shaya kometa XX stoletiya kometa Heila-Boppa. U bol'shih komet dlina hvosta dohodit do astronomicheskoi edinicy, a golova blizka k razmeram Solnca. Obognuv Solnce, kometa snova uhodit v kosmicheskie dali. Izvestno tak zhe, chto, po krainei mere, bol'shinstvo komet yavlyaetsya periodicheskimi. Tak, kometa Galleya vozvrashalas' k Zemle 31 raz, poslednee ee prohozhdenie okolo Solnca sostoyalos' v 1986 godu.

Diffuznoe veshestvo Vselennoi predstavlyaet soboi pyl' i gaz. V Solnechnoi sisteme kosmicheskaya pyl' koncentriruetsya k ploskosti planetnyh orbit. S Zemli mezhplanetnaya pyl' vidna v vide svetyashegosya konusa, vytyanutogo vdol' ekliptiki. Takoe yavlenie nazyvaetsya zodiakal'nym svetom, ono horosho vidno v yuzhnyh raionah nashei strany. Gazovaya komponenta Solnechnoi sistemy predstavlyaet soboi, naprimer, solnechnyi veter - potok korpuskul ot Solnca, a tak zhe redkie chasticy mezhplanetnogo gaza.

V galaktikah, osobenno spiral'nyh, mezhzvezdnaya pyl' koncentriruetsya k ih ploskostyam. Na fotografiyah galaktik, povernutyh k zemnomu nablyudatelyu rebrom, pyl' otchetlivo vidna v vide chernoi polosy. V nashei Galaktike pyl' polnost'yu zakryvaet dlya opticheskih nablyudenii centr zvezdnoi sistemy. Pri opredelenii svetimosti zvezd neobhodimo uchityvat' oslablenie sveta kosmicheskoi diffuznoi materiei. Diffuznoe veshestvo mozhet byt' skoncentrirovano v vide oblakov. Massivnymi konglomeratami mezhzvezdnogo gaza i pyli yavlyayutsya mesta, gde i v nastoyashee vremya proishodit obrazovanie zvezd (naprimer, Bol'shaya tumannost' Oriona).

1.3. Sistemy kosmicheskih ob'ektov

Osnovnym svoistvom Vselennoi yavlyaetsya ee sistemnost'. Pod sistemoi budem ponimat' opredelennym obrazom uporyadochennoe ob'edinenie sostavlyayushih ee elementov. Sistemoobrazuyushim faktorom v mirovom prostranstve yavlyaetsya gravitaciya, kotoraya otvetstvenna ne tol'ko za dvizhenie kosmicheskih tel, no i za obrazovanie i funkcionirovanie ih strukturnyh ob'edinenii.

Rassmotrim vidy kosmicheskih sistem i dvizheniya proishodyashie v nih.

Naibolee izuchennoi kosmicheskoi sistemoi yavlyaetsya Solnechnaya sistema, dinamicheskim centrom kotoroi yavlyaetsya Solnce. Vse ob'ekty Solnechnoi sistemy obrashayutsya vokrug obshego centra mass, kotoryi okazyvaetsya vnutri Solnca, tak kak massa Solnca sostavlyaet 99.85% massy vseh ob'ektov Solnechnoi sistemy. Vsledstvie etogo mozhno s bol'shoi tochnost'yu govorit' o dvizhenii planet i drugih tel vokrug Solnca.

Dvizhenie planet podchinyaetsya zakonam mehaniki. Sledstviem etogo yavlyayutsya tak nazyvaemye zakony planetnyh dvizhenii Keplera, utverzhdayushie, chto planety dvizhutsya vokrug Solnca po ellipsam; ploshad', ometaemaya radius-vektorom planety v edinicu vremeni (sektornaya skorost'), est' velichina postoyannaya, i chto period obrasheniya planety budet tem bol'she, chem dal'she planeta raspolozhena ot Solnca. Zavisimost' rasstoyanii planet ot Solnca podchinyaetsya opredelennym zakonomernostyam, naprimer, zakonu Ticiusa-Bode. Analogichnym zakonomernostyam v raspredelenii rasstoyanii i dvizhenii podchinyayutsya i sputniki planet. Postroenie matematicheskoi modeli struktury Solnechnoi sistemy - delo budushego.

Zvezdy takzhe obrazuyut razlichnye vidy sistem. Naibolee chasto vstrechayutsya sistemy iz dvuh zvezd, svyazannye obshim proishozhdeniem. Eti zvezdy, obrashayushiesya vokrug obshego centra mass, nazyvayutsya fizicheski dvoinymi zvezdami, naprimer, b Perseya (Algol'), b Liry. Esli v takoi sisteme luch zreniya zemnogo nablyudatelya lezhit v ploskosti orbity zvezdy - sputnika, to nablyudaetsya yavlenie zatmenno-dvoinoi zvezdy i togda po krivoi bleska mozhno opredelit' parametry orbity i dazhe radiusy zvezd- komponentov.

Vstrechayutsya takzhe kratnye sistemy - iz treh, chetyreh i bolee zvezd. Zvezdnye sistemy, sostoyashie iz bol'shogo kolichestva zvezd - eto rasseyannye i sharovye zvezdnye skopleniya. V rasseyannyh skopleniyah naschityvaetsya neskol'ko desyatkov ili soten zvezd, v sharovyh neskol'ko soten tysyach. Primerom rasseyannyh skoplenii yavlyayutsya izvestnye Pleyady i Giady v Tel'ce. Rasseyannye skopleniya raspolagayutsya vblizi ploskosti Galaktiki, ih obshee chislo bolee 1000.

Sharovye skopleniya koncentriruyutsya k centru galaktiki. Obshee chislo ih primerno v 10 raz men'she, chem rasseyannyh skoplenii. Osobenno mnogo sharovyh skoplenii vidno v napravlenii centra Galaktiki v sozvezdii Strel'ca.

Gigantskaya zvezdnaya sistema, ryadovym chlenom kotoroi yavlyaetsya Solnce, nazyvaetsya Galaktikoi. Galaktika predstavlyaetsya zemnomu nablyudatelyu v vide Mlechnogo Puti. V Galaktike ne menee 100 milliardov zvezd obshei massoi 4*10⁴¹ kg. Eta sistema - dinamicheski edinoe celoe, vse ee ob'ekty dvizhutsya po orbitam vokrug obshego centra mass sistemy. Veshestvo etoi zvezdnoi sistemy koncentriruetsya k centru. Po sovremennym dannym v Galaktike tri komponenta veshestva: disk, baldzh i galo. Baldzh - central'noe utolshenie, v kotorom nahoditsya centr mass. Disk - komponenta, v kotoroi soderzhitsya 90% vsei zvezdnoi massy Galaktiki. V diske obnaruzheno dva spiral'nyh zvezdnyh rukava, vrashayushihsya kak tverdoe telo. Diffuznoe veshestvo (pyl', gaz) koncentriruetsya glavnym obrazom v rukavah. Solnce nahoditsya v ploskosti Galaktiki, ego skorost' otnositel'no centra Galaktiki 220 km/s. Ono dvizhetsya po ellipticheskoi orbite. Odin oborot Solnce sovershaet primerno za 250 millionov let.

Struktura centra Galaktiki okazyvaetsya slozhnoi. V centre nashei zvezdnoi sistemy obnaruzheno yadro, v kotorom naschityvaetsya okolo treh millionov zvezd. V samom yadre obnaruzheno yadryshko, raspredelenie energii v kotorom, otlichaetsya ot raspredeleniya energii v spektrah zvezd.

Naibolee starye ob'ekty Galaktiki zanimayut sfericheskii ob'em, etu podsistemu nazyvayut galakticheskim galo.

Gigantskie zvezdnye sistemy Vselennoi, podobnye nashei Galaktike, poluchili nazvanie galaktik. Galaktiki raznoobrazny po forme i razmeram. Samyi rasprostranennyi tip galaktik (okolo 50%) - eto spiral'nye galaktiki. Oni imeyut dve ili bolee klochkovatye vetvi (rukava), zakruchivayushiesya vokrug yadra i nahodyashiesya v odnoi ploskosti. Rukava soderzhat yarkie gazovye tumannosti, goryachie zvezdy, sverhgiganty i pyl'. K spiral'nym galaktikam otnosyat i blizhaishuyu k nam gigantskuyu galaktiku v sozvezdii Andromedy (M31). Okolo chetverti vseh izuchennyh galaktik sostavlyayut ellipticheskie galaktiki, imeyushie formu ellipsoida vrasheniya. V galaktikah etogo tipa ne proslezhivaetsya struktura, oni bolee prosty i po zvezdnomu sostavu. Zvezdy v nih dvizhutsya po orbitam v proizvol'nyh napravleniyah.

Sushestvuyut galaktiki i drugih tipov. Primerom, tak nazyvaemyh nepravil'nyh galaktik, yavlyayutsya galaktiki sputniki nashei Galaktiki: eto Bol'shoe i Maloe Magellanovy oblaka, vidimye v yuzhnom polusharii Zemli. V takih galaktikah tozhe net vnutrennei struktury, hotya nekotorye uchenye otmechayut v nih zachatki spiral'noi rukavov.

Obnaruzheny galaktiki, tip kotoryh yavlyaetsya promezhutochnym mezhdu spiral'nymi i ellipticheskimi. V nih est' central'noe sgushenie i ploskii disk, a vot spiral'nye rukava otsutstvuyut.

Otkryty takzhe karlikovye i kompaktnye galaktiki. Nekotorye galaktiki obladayut sil'nym radioizlucheniem, svyazannye s processami v ih yadrah. Ob aktivnosti yader svidetel'stvuyut moshnye vybrosy gaza iz nih.

V nekotoryh galaktikah po gravitacionnomu deistviyu obnaruzheno nevidimoe veshestvo, massa kotorogo na poryadok prevyshaet massu vidimogo veshestva, zaklyuchennogo v zvezdah. Est' gipotezy, ob'yasnyayushie prirodu etogo veshestva. Po odnim predpolozheniem, eto mnogochislennye holodnye ob'ekty s massoi okolo odnoi desyatoi massy Solnca, po drugim - eshe ne otkrytye elementarnye kosmicheskie chasticy s osobymi svoistvami.

Galaktiki v celom raspolozheny na otnositel'no bolee blizkih rasstoyaniyah drug ot druga, chem zvezdy. Esli stolknoveniya zvezd nevozmozhny, to stolknoveniya ili sil'nye gravitacionnye vzaimodeistviya galaktik imeyut mesto. Naideno mnogo vzaimodeistvuyushih galaktik. Oni imeyut sil'no iskazhennye formy, dopolnitel'nye elementy struktury (vybrosy, "hvosty").

Galaktiki obrazuyut gruppy, skopleniya i sverhskopleniya. V Mestnuyu gruppu vhodyat nasha Galaktika, tumannost' Andromedy i drugie, bolee melkie galaktiki. U bol'shih galaktik est' galaktiki-sputniki; u nashei Galaktiki ih okolo desyati.

Skopleniya galaktik naschityvayut sotni i tysyachi chlenov. Tak, gigantskoe skoplenie v sozvezdii Devy soderzhit neskol'ko tysyach chlenov.

Skopleniya galaktik obrazuyut sverhskopleniya, kotorye v prostranstve sozdayut stenki fantasticheski gromadnyh yacheek - "voidov".

Sovremennaya astronomiya utverzhdaet nalichie yacheisto-filamentarnoi struktury megamira.

Rasstoyanie mezhdu galaktikami uvelichivaetsya so vremenem, chto interpretiruetsya kak rasshirenie Metagalaktiki.

1.4. Evolyuciya Vselennoi

Iz yavleniya rasshireniya Metagalaktiki sleduet, chto v bolee rannie stadii razvitiya ona zanimala men'shie razmery, to est' byla v bolee plotnom sostoyanii i, sootvetstvenno, imela vysokuyu temperaturu. Postepenno ohlazhdayusheesya teplovoe izluchenie etogo rannego etapa evolyucii fiksiruetsya i v nashe vremya. Ono nazyvaetsya reliktovym izlucheniem i imeet v sovremennuyu epohu temperaturu 2.7 K.

Soglasno teorii goryachei Vselennoi za pervye 100 sek ot nachala rasshireniya obrazuetsya 25% geliya, a ostal'noe veshestvo nahoditsya v vide vodoroda. Takoe sootnoshenie dvuh osnovnyh elementov v prirody sushestvuet i seichas v zvezdah. Obrazuyushiisya v rezul'tate termoyadernyh reakcii v processe evolyucii zvezdy gelii pochti ne izmenyaet nachal'noi proporcii.

V pervonachal'no odnorodnoi srede mogut voznikat' neodnorodnosti, kotorye ili rassasyvayutsya pod deistviem gazovogo davleniya, ili uplotnyayutsya pod deistviem sobstvennogo tyagoteniya. Fragmenty veshestva, voznikshie iz neodnorodnostei pri opredelennyh usloviyah, obrazuyut protogalaktiki.

Obrazovanie zvezd po sushestvuyushei koncepcii takzhe proishodit v rezul'tate szhatiya neodnorodnostei mezhzvezdnoi sredy. V oblakah gaza maloi massy szhatiyu prepyatstvuet gazovoe davlenie, a vot massivnye gazopylevye kompleksy s massoi 10³ - 10⁴ mass Solnca nachinayut szhimat'sya. Pri etom za schet raboty szhatiya proishodit nagrev veshestva, kotoroe v vide infrakrasnogo izlucheniya svobodno ego pokidaet. Poetomu zvezdy na etoi stadii okazyvayutsya moshnymi istochnikami infrakrasnogo izlucheniya.

Dalee, iz-za uvelicheniya plotnosti veshestva protozvezdy, rastet ego neprozrachnost'. Temperatura v centre nachinaet povyshat'sya do teh por, poka ne stanut vozmozhnymi termoyadernye reakcii sinteza geliya iz vodoroda.

Bol'shuyu chast' svoei zhizni zvezda izluchaet za schet termoyadernyh reakcii v svoih nedrah. Vremya zhizni zvezdy zavisit ot ee massy, chem bol'she massa, tem bol'she moshnost' izlucheniya. Tak, v zvezdah s M = 20 M termoyadernye reakcii mogut prodolzhat'sya vsego neskol'ko millionov let, v zvezdah s massoi ravnoi solnechnoi v techenie desyati milliardov let, a vot v krasnyh karlikah s massami 0.5 mass Solnca do 100 milliardov let.

Esli massa zvezdy men'she 1.2 massy Solnca, to posle vygoraniya vodoroda v yadre, ono szhimaetsya, a obolochka naoborot rasshiryaetsya. Na etom etape zvezda predstavlyaet soboi krasnyi gigant. Zatem obolochka polnost'yu otdelyaetsya ot zvezdy, prevrashayas' v planetarnuyu tumannost', a yadro, szhavshis', stanovitsya zvezdoi - belym karlikom, razmery kotorogo blizki k razmeram Zemli, a poverhnostnaya temperatura blizka k 10000 K. Vnutri u belogo karlika temperatura vezde odinakova (okolo 10⁶ K). Belyi karlik izluchaet za schet vnutrennei energii v techenie eshe soten let.

V zvezdah bolee massivnyh, chem rassmotrennyi tip, mozhet szhimat'sya gelievoe yadro, pri etom temperatura povyshaetsya, i nachinayut idti termoyadernye reakcii, v kotoryh obrazuyutsya tyazhelye elementy vplot' do kremniya. Konechnoi stadiei takoi zvezdy okazyvaetsya sverhplotnyi ob'ekt (r 10⁹ kg/m³). V takom sostoyanii proishodit process neitronizacii veshestva. Yavlenie rezkogo szhatiya zvezdy do razmerov neitronnoi zvezdy (R 10 km) proishodit v vide padeniya veshestva vnutr'. Pri stolknovenii s plotnym yadrom voznikaet vzryv, kotoryi nablyudaetsya kak vspyshka sverhnovoi. Neitronnye zvezdy, vhodyashie v sostav tesnyh dvoinyh sistem, pri opredelennyh usloviyah nablyudayutsya kak tochechnye istochniki impul'snogo izlucheniya - pul'sary.

Zvezdy s massoi, bol'shei treh mass Solnca, prevrashayutsya v chernye dyry. Tak nazyvayutsya udivitel'nye ob'ekty, na poverhnosti kotoryh uskorenie svobodnogo padeniya ravno beskonechnosti. Takoi ob'ekt ne izluchaet i ne mozhet byt' neposredstvenno nablyudaem. No on mozhet byt' obnaruzhen po gravitacionnomu deistviyu na sosednyuyu zvezdu, esli oni vmeste obrazuyut tesnuyu dvoinuyu sistemu.

V nastoyashee vremya naideny kosvennye metody, kotorye pozvolyayut s bol'shoi stepen'yu veroyatnosti ne tol'ko utverditel'no otvetit' na vopros o sushestvovanii chernyh dyr, no i ukazat' na raspolozhenie takih ob'ektov v kosmose.

Process obrazovaniya zvezd proishodit i v nastoyashee vremya. Odno iz takih mest v prostranstve - eto uzhe upomyanutaya Bol'shaya tumannost' Oriona. Vse yarkie zvezdy v sozvezdii Oriona - molodye zvezdy. Zvezdy bolee pozdnego proishozhdeniya obogasheny tyazhelymi elementami, obrazovavshimisya v zvezdah pervogo pokoleniya i vybroshennymi v mezhzvezdnoe prostranstvo. Solnce - zvezda vtorogo pokoleniya.

Ob'yasnenie proishozhdeniya i evolyucii tel Solnechnoi sistemy predstavlyaet bolee trudnuyu zadachu, chem ob'yasnenie evolyucii zvezd. Po sovremennym vozzreniyam i Solnce, i planety obrazovalis' iz protyazhennogo gazopylevogo oblaka. Iz central'noi chasti sgusheniya vozniklo Solnce, zahvativshee osnovnuyu chast' massy, a iz perifericheskoi chasti oblaka obrazovalis' holodnye tela Solnechnoi sistemy - planety i ih sputniki, komety. Polagayut, chto pri obrazovanii etih ob'ektov bol'shuyu rol' sygralo pervonachal'noe magnitnoe pole, blagodarya kotoromu proizoshla peredacha vrashatel'nogo momenta (momenta impul'sa) ot Solnca k planetam. Mestom obrazovaniya planet yavilsya sloi pyli vblizi ekvatorial'noi ploskosti Solnca. Snachala obrazovalis' kol'ca, v kotoryh voznikli sgusheniya. Sgustki uplotnilis', bol'shie uvelichilis' za schet vypadeniya veshestva na nih i prevratilis' v planety, a malye rasseyalis'. Planety zemnoi gruppy preterpevali dal'neishie izmeneniya. Akkreciya i radioaktivnyi raspad privodili k vydeleniyu teploty, chto vleklo za soboi rasplavlenie veshestva i ego gravitacionnuyu differenciaciyu.

Evolyuciya nashei planety, kak i drugih, eshe prodolzhaetsya. Svidetel'stvom etogo yavlyaetsya aktivnaya tektonicheskaya i vulkanicheskaya deyatel'nost' na Zemle, a vot Luna prakticheski mertvoe kosmicheskoe telo, hotya i tam nablyudayutsya processy degazacii i drugie poverhnostnye yavleniya.

1.5. Kontrol'nye voprosy k razdelu 1

1. Chto takoe megamir? Kakie drugie analogichnye ponyatiya mogut byt' ispol'zovany?
2. Kakie osnovnye metody issledovaniya megamira?
3. Kak nazyvayutsya pribory dlya issledovaniya kosmicheskogo elektromagnitnogo izlucheniya? Kak oni ustroeny?
4. Kak svyazany mezhdu soboi estestvennye nauki v izuchenii megamira?
5. Kakie osnovnye formy materii vo Vselennoi?
6. Kakie osnovnye ob'ekty megamira? Chem oni otlichayutsya drug ot druga?
7. Kakovy osnovnye parametry Solnca?
8. Pochemu zvezdy s odinakovoi temperaturoi poverhnosti imeyut raznuyu moshnost' izlucheniya?
9. Iz chego sostoit diffuznoe veshestvo vo Vselennoi?
10. Kakie osnovnye sistemy kosmicheskih ob'ektov izvestny? Chto yavlyaetsya dlya nih sistemoobrazuyushim faktorom?
11. Kakovo stroenie Galaktiki?
12. Kak proishodit evolyuciya mira s tochki zreniya goryachei Vselennoi?
13. Kak evolyucioniruyut zvezdy s maloi, srednei i bol'shoi massoi?
14. Kakovo proishozhdenie holodnyh tel Solnechnoi sistemy?

<< Predydushaya

Soderzhanie

Sleduyushaya >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: Vselennaya - Metagalaktika - antropogennoe vozdeistvie - metodika prepodavaniya - didakticheskii material Publikacii so slovami: Vselennaya - Metagalaktika - antropogennoe vozdeistvie - metodika prepodavaniya - didakticheskii material
Sm. takzhe: Temnaya materiya v modeli Vselennoi Spiral' vremeni JADES-GS-z14-0: novyi samyi dalekii ob'ekt "Illyustris" modeliruet Vselennuyu Edvin Habbl otkryvaet Vselennuyu Karta nablyudaemoi Vselennoi Poslanie ot gravitacionnoi Vselennoi Vse publikacii na tu zhe temu >>