Chto takoe Kosmos
Chelovechestvo vstupilo v kosmich. vek. V nashe vremya vsyakomu obrazovannomu cheloveku neobhodimo znat', chto takoe kosmos, i imet' predstavlenie o proishodyashih v kosmose processah.
Prezhde chem pereiti k izlozheniyu sovr. predstavlenii o kosmose, vyyasnim znachenie samogo slova "kosmos". "Kosmos" po-grecheski - eto poryadok, ustroistvo, stroinost' (voobshe, nechto uporyadochennoe). Filosofy Drevnei Grecii ponimali pod slovom "kosmos" Mirozdanie, rassmatrivaya ego kak uporyadochennuyu garmonichnuyu sistemu. Kosmosu protivopostavlyalsya besporyadok, haos. Dlya drevnih grekov ponyatiya poryadka i krasoty v yavleniyah prirody byli tesno svyazany. Eta tochka zreniya derzhalas' v filosofii i nauke dolgo; nedarom dazhe Kopernik schital, chto orbity planet dolzhny byt' okruzhnostyami lish' potomu, chto okruzhnost' krasivee ellipsa.
V ponyatie "kosmos" snachala vklyuchali ne tol'ko mir nebesnyh svetil, no i vse, s chem my stalkivaemsya na poverhnosti Zemli. Znamenityi estestvoispytatel' 19 v. Aleksandr Gumbol'dt sozdal fundamental'nyi trud "Kosmos" (5 tomov, 1845-62), summirovavshii vse, chto togda bylo izvestno o prirode voobshe.
Inogda pod kosmosom ponimali tol'ko planetnuyu sistemu, okruzhayushuyu Solnce. V sovr. slovoupotreblenii v svyazi s etim ostalsya termin "kosmogoniya", k-rym obychno oboznachayut nauku o proishozhdenii Solnechnoi sistemy, a ne vsei Vselennoi v celom.
Chashe pod kosmosom ponimayut Vselennuyu, rassmatrivaemuyu kak nechto edinoe, podchinyayusheesya obshim zakonam. Otsyuda proishodit nazvanie kosmologii - nauki, pytayusheisya naiti zakony stroeniya i razvitiya Vselennoi kak celogo. T. o., v nazvaniyah "kosmogoniya" i "kosmologiya" kosmos ponimaetsya v raznom smysle.
S nachala kosmich. ery (s 1957 g., kogda v SSSR byl zapushen pervyi sputnik) slovo "kosmos" priobrelo eshe odno znachenie, svyazannoe s osushestvleniem davnishnei mechty chelovechestva o kosmich. poletah. V takih terminah, kak "kosmicheskii polet" ili "kosmonavtika", kosmos protivopostavlyaetsya Zemle. V sovr. ponimanii kosmos est' vse nahodyasheesya za predelami Zemli i ee atmosfery. Inogda govoryat "kosmicheskoe prostranstvo"; v stranah, pol'zuyushihsya angl. yazykom,- "vneshnee prostranstvo" (outer space) ili dazhe prosto "prostranstvo" (space).
Blizhaishaya i naibolee dostupnaya issledovaniyu oblast' kosmich. prostranstva - okolozemnoe prostranstvo. Imenno s etoi oblasti nachalos' osvoenie kosmosa lyud'mi, v nei pobyvali pervye rakety i prolegli pervye trassy ISZ. Polety kosmich. korablei s ekipazhami na bortu i vyhod kosmonavtov neposredstvenno v kosmich. prostranstvo znachitel'no rasshirili vozmozhnosti issledovaniya "blizhnego kosmosa". Kosmich. issledovaniya vklyuchayut takzhe izuchenie "dal'nego kosmosa" i ryada novyh yavlenii, svyazannyh s vliyaniem nevesomosti i dr. kosmich. faktorov na fiz.-him. i biologich. processy.
Kakova zhe fiz. priroda okolozemnogo prostranstva? Gazy, obrazuyushie verhnie sloi zemnoi atmosfery, ionizovany UF-izlucheniem Solnca, t. e. nahodyatsya v sostoyanii plazmy. Plazma vzaimodeistvuet s magi. polem Zemli tak, chto magn. pole okazyvaet na plazmu davlenie. S udaleniem ot Zemli davlenie samoi plazmy padaet bystree, chem davlenie, okazyvaemoe na nee zemnym magn. polem. Vsledstvie etogo plazmennuyu obolochku Zemli mozhno razbit' na dve chasti. Nizhnyaya chast', gde davlenie plazmy prevyshaet davlenie magn. polya, nosit nazvanie ionosfery. Zdes' plazma vedet sebya v osnovnom, kak obychnyi gaz, otlichayas' tol'ko svoei elektroprovodnost'yu. Vyshe lezhit magnitosfera - oblast', gde davlenie magn. polya bol'she, chem gazovoe davlenie plazmy. Povedenie plazmy v magnitosfere opredelyaetsya i reguliruetsya prezhde vsego magn. polem i korennym obrazom otlichaetsya ot povedeniya obychnogo gaza. Poetomu, v otlichie ot ionosfery, k-ruyu otnosyat k verhnei atmosfere Zemli, magnitosferu prinyato otnosit' uzhe k kosmich. prostranstvu. Po fiz. prirode okolozemnoe prostranstvo, ili blizhnii kosmos,- eto i est' magnitosfera.
V magnitosfere stanovyatsya vozmozhnymi yavleniya zahvata zaryazhennyh chastic magn. polem Zemli, k-roe deistvuet kak estestvennaya magnitnaya lovushka. Tak obrazuyutsya radiacionnye poyasa Zemli.
Otnesenie magnitosfery k kosmich. prostranstvu obuslovlivaetsya tem, chto ona tesno vzaimodeistvuet s bolee dalekimi kosmich. ob'ektami, i prezhde vsego s Solncem. Vneshnyaya obolochka Solnca - korona - ispuskaet nepreryvnyi potok plazmy - solnechnyi veter. U Zemli on vzaimodeistvuet s zemnym magn. polem (dlya plazmy dostatochno sil'noe magn. pole - to zhe, chto tverdoe telo), obtekaya ego, kak sverhzvukovoi gazovyi potok obtekaet prepyatstvie. Pri etom voznikaet stacionarnaya othodyashaya udarnaya volna, front k-roi raspolozhen na rasstoyanii ok. 14 radiusov Zemli (~100 000 km) ot ee centra s dnevnoi storony. Blizhe k Zemle plazma, proshedshaya cherez front volny, nahoditsya v besporyadochnom turbulentnom dvizhenii. Perehodnaya turbulentnaya oblast' konchaetsya tam, gde davlenie regulyarnogo magn. polya Zemli prevoshodit davlenie turbulentnoi plazmy solnechnogo vetra. Eto - vnesh. granica magnitosfery, ili magnitopauza, raspolozhennaya na rasstoyanii ok. 10 zemnyh radiusov (~60000 km) ot centra Zemli s dnevnoi storony. S nochnoi storony solnechnyi veter obrazuet plazmennyi hvost Zemli (inogda ego netochno naz. gazovym). Proyavleniya solnechnoi aktivnosti - vspyshki na Solnce - privodyat k vybrosu solnechnogo veshestva v vide otdel'nyh plazmennyh sgustkov. Sgustki, letyashie v napravlenii Zemli, udaryayas' o magnitosferu, vyzyvayut ee kratkovrem. szhatie s posleduyushim rasshireniem. Tak voznikayut magn. buri, a nek-rye chasticy sgustka, pronikayushie cherez magnitosferu, vyzyvayut polyarnye siyaniya, narusheniya radio- i dazhe telegrafnoi svyazi. Naibolee energichnye chasticy sgustkov registriruyutsya kak solnechnye kosmicheskie luchi (oni sostavlyayut lish' maluyu chast' obshego potoka kosmich. luchei).
Pereidem teper' k Solnechnoi sisteme. Zdes' nahodyatsya blizhaishie celi kosmich. poletov - Luna i planety. Prostranstvo mezhdu planetami zapolneno plazmoi ochen' maloi plotnosti, k-ruyu neset solnechnyi veter. Harakter vzaimodeistviya plazmy solnechnogo vetra s planetami zavisit ot togo, imeyut ili net planety magn. pole. Magn. polya Yupitera i Saturna znachitel'no sil'nee zemnogo polya, poetomu magnitosfery etih planet-gigantov znachitel'no protyazhennee zemnoi magnitosfery. Naoborot, magn. pole Marsa nastol'ko slabo (v sotni raz slabee zemnogo), chto s trudom sderzhivaet naletayushii potok solnechnogo vetra na samyh blizhnih podstupah k poverhnosti planety. Primerom nemagnitnoi planety yavlyaetsya Venera, polnost'yu lishennaya magnitosfery. Odnako vzaimodeistvie sverhzvukovogo potoka plazmy solnechnogo vetra s verhnei atmosferoi Venery i v etom sluchae privodit k obrazovaniyu udarnoi volny.
Bol'shim raznoobraziem otlichaetsya semeistvo estestvennyh sputnikov planet-gigantov. Odin iz sputnikov Yupitera, Io, yavl. samym aktivnym v vulkanich. otnoshenii telom Solnechnoi sistemy. Titan, samyi krupnyi iz sputnikov Saturna, obladaet dostatochno plotnoi atmosferoi, edva li ne sravnimoi s zemnoi. Ves'ma neobychnym yavl. i vzaimodeistvie takih sputnikov s okruzhayushei ih plazmoi magnitosfer materinskih planet. Kol'ca Saturna, sostoyashie iz kamennyh i ledyanyh glyb raznyh razmerov, vplot' do mel'chaishih pylinok, mozhno rassmatrivat' kak gigantskii konglomerat miniatyurnyh estestvennyh sputnikov.
Po ochen' vytyanutym orbitam vokrug Solnca dvizhutsya komety. Yadra komet sostoyat iz otdel'nyh kamnei i pylevyh chastic, vmorozhennyh v glybu l'da. Led etot ne sovsem obychnyi, v nem krome vody soderzhatsya ammiak i metan. Him. sostav kometnogo l'da napominaet sostav samoi bol'shoi planety - Yupitera. Kogda kometa priblizhaetsya k Solncu, led chastichno isparyaetsya, obrazuya gigantskii gazovyi hvost komety. Kometnye hvosty obrasheny v storonu ot Solnca, t. k. postoyanno ispytyvayut vozdeistvie davleniya izlucheniya i solnechnogo vetra.
Nashe Solnce - lish' odna iz mnozhestva zvezd, obrazuyushih gigantskuyu zvezdnuyu sistemu - Galaktiku. A eta sistema v svoyu ochered' - lish' odna iz mnozhestva dr. galaktik. Astronomy privykli otnosit' slovo "Galaktika" kak imya sobstvennoe k nashei zvezdnoi sisteme, a to zhe slovo kak naricatel'noe - ko vsem takim sistemam voobshe. Nasha Galaktika soderzhit 150- 200 mlrd. zvezd. Oni raspolagayutsya tak, chto Galaktika imeet vid ploskogo diska, v seredinu k-rogo kak by vstavlen shar diametrom men'shim, chem u diska. Solnce raspolozheno na periferii diska, prakticheski v ego ploskosti simmetrii. Poetomu, kogda my smotrim na nebo v ploskosti diska, to vidim na nochnom nebosvode svetyashuyusya polosu - Mlechnyi Put', sostoyashii iz zvezd, prinadlezhashih disku. Samo nazvanie "Galaktika" proishodit ot grecheskogo slova galaktikos - mlechnyi, molochnyi i oznachaet sistemu Mlechnogo Puti.
Astronomy ustanovili, chto zvezdy galaktich. diska, kak pravilo, otlichayutsya po fiz. i him. sv-vam ot zvezd shara. Eti dva tipa "naseleniya" nashei zvezdnoi sistemy naz. ploskoi i sfe-rich. sostavlyayushimi. V diske krome zvezd est' eshe znachit, kolichestva mezhzvezdnogo gaza i pyli. Iz dannyh radioastronomii sleduet, chto disk nashei Galaktiki imeet spiral'nuyu strukturu, podobnuyu toi, kakuyu mozhno videt' na fotografiyah dr. galaktik (napr., znamenitoi tumannosti Andromedy).
Izuchenie spektrov zvezd, ih dvizhenii i dr. sv-v v sopostavlenii s teoretich. raschetami pozvolilo sozdat' teoriyu stroeniya i evolyucii zvezd. Po etoi teorii osn. istochnikom energii zvezd yavl. yadernye reakcii, protekayushie gluboko v nedrah zvezdy, gde temp-ra v tysyachi raz bol'she, chem na poverhnosti. Yadernye reakcii v kosmose i proishozhdenie him. elementov izuchaet yadernaya astrofizika. Na opredelennyh stadiyah evolyucii zvezdy vybrasyvayut chast' svoego veshestva, k-roe prisoedinyaetsya k mezhzvezdnomu gazu. Osobenno moshnye vybrosy proishodyat pri zvezdnyh vzryvah, nablyudaemyh kak vspyshki sverhnovyh zvezd. Ostatki takih vzryvov chasto stanovyatsya pul'sarami - neitronnymi zvezdami radiusom ok. 10 km so sverhsil'nymi magn. polyami, sozdayushimi usloviya dlya vozniknoveniya kompaktnyh, no chrezvychaino moshnyh magnitosfer. Predpolagaetsya, chto magn. pole pul'sara v centre Krabovidnoi tumannosti, yavlyayusheisya klassich. primerom produkta vspyshki sverhnovoi, v 1012 raz bol'she zemnogo po napryazhennosti. V dvoinyh zvezdnyh sistemah neitronnye zvezdy mogut proyavlyat' sebya kak rentgenovskie pul'sary. S neitronnymi zvezdami svyazyvayut i t.n. barstery - galaktich. ob'ekty, harakterizuyushiesya sporadicheskimi kratkovrem. vspleskami rentgenovskogo i myagkogo gamma-izlucheniya.
V dr. sluchayah pri zvezdnyh vzryvah mogut obrazovat'sya chernye dyry - ob'ekty, veshestvo k-ryh padaet k centru so skorost'yu, blizkoi k skorosti sveta, i v silu effektov obshei teorii otnositel'nosti (teorii tyagoteniya) kak by zastyvshee v etom padenii. Iz nedr chernyh dyr izluchenie vyrvat'sya ne mozhet. V to zhe vremya okruzhayushee chernuyu dyru veshestvo obrazuet t. n. akkrecionnyi disk i pri opredelennyh usloviyah ispuskaet rentg. izluchenie za schet gravitac. energii prityazheniya k chernoi dyre.
Pri zvezdnyh vzryvah i v okrestnostyah pul'sarov otdel'nye chasticy plazmy uskoryayutsya i priobretayut kolossal'nye energii. Eti chasticy dayut vklad v vysokoenergeticheskuyu sostavlyayushuyu mezhzvezdnogo gaza - kosmicheskie luchi. Po kolichestvu veshestva oni sostavlyayut ves'ma maluyu, no po energii - ves'ma sushestvennuyu chast' mezhzvezdnogo gaza. Kosmich. luchi uderzhivayutsya v Galaktike magn. polyami. Ih davlenie igraet vazhnuyu rol' v podderzhanii formy galaktich. diska. V zemnoi atmosfere kosmich. luchi vzaimodeistvuyut s yadrami atomov vozduha, obrazuya mnozhestvo novyh yadernyh chastic. Izuchenie kosmich. luchei u poverhnosti Zemli sleduet otnesti k yadernoi fizike. Pribory, vynesennye za predely atmosfery, dayut svedeniya o pervichnyh kosmich. luchah, vazhnye uzhe dlya issledovaniya kosmosa. Takovy struktura i fiz. processy, harakternye dlya nashei Galaktiki.
Dr. galaktiki pokazyvayut bol'shoe raznoobrazie form i chisla vhodyashih v nih zvezd, intensivnosti el.-magn. izlucheniya v razlichnyh diapazonah dlin voln. Proishozhdenie galaktik i prichiny, po k-rym raznye galaktiki imeyut te ili inye formy, razmery i dr. fiz. sv-va,- odna iz samyh trudnyh problem sovr. astronomii i kosmologii.
Perehodya k eshe bolee grandioznym masshtabam, my vstupaem v oblast', o k-roi poka malo izvestno. Problemoi stroeniya i razvitiya Vselennoi v celom zanimaetsya kosmologiya. Dlya nee osobo vazhnoe znachenie imeyut noveishie dostizheniya radioastronomii. Obnaruzheny istochniki radiovoln i sveta gromadnoi moshnosti - kvazary. V ih spektrah linii sil'no smesheny k krasnomu koncu spektra. Eto znachit, chto oni ochen' daleki ot nas - svet idet ot nih milliardy let. Nablyudaya kvazary, astronomy imeyut vozmozhnost' izuchat' Vselennuyu (metagalaktiku) na rannih stadiyah ee razvitiya. Otkuda beretsya chudovishnaya energiya, izluchaemaya kvazarami,- odna iz samyh volnuyushih zagadok nauki. Dr. vazhnoe otkrytie - obnaruzhenie "fona" radiochastotnogo izlucheniya, pronizyvayushego ravnomerno po vsem napravleniyam kosmich. prostranstvo. Eto reliktovoe radioizluchenie - ostatok drevneishih epoh, pozvolyayushii sudit' o sostoyanii Vselennoi mnogie milliardy let nazad.
Dlya sovr. etapa razvitiya nauk o kosmose harakterno kolossal'noe narastanie potoka postupayushei informacii. Esli ran'she astronomich. pribory vosprinimali tol'ko vidimyi svet, to teper' dannye o kosmose poluchayut iz analiza vsego el.-magn. spektra. Znachit, informaciyu o fiz. processah v mezhzvezdnoi srede daet izuchenie pervichnyh kosmich. luchei. Udalos' obnaruzhit' vsepronikayushie chasticy neitrino, prihodyashie ot Solnca. V perspektive vozmozhno obnaruzhenie i izuchenie neitrino iz glubin kosmosa. Rasshirenie kanalov postupleniya informacii svyazano kak s vyhodom sredstv nablyudeniya v kosmos (vneatmosfernaya i ballonnaya astronomiya, neposredstv. issledovaniya Luny i planet priborami, dostavlennymi na ih poverhnost'), tak i s usovershenstvovaniem nazemnoi apparatury.
Vazhnost' vynosa v kosmos issledovatel'skoi apparatury ob'yasnyaetsya tem, chto priroda pomestila nas na dno vozdushnogo okeana, chem suzila vozmozhnosti izucheniya kosmosa, no v to zhe vremya zashitila ot mnogih vidov kosmich. izlucheniya. Atmosfera propuskaet el.-magn. izluchenie k poverhnosti Zemli lish' v dvuh uzkih intervalah chastot, ili, kak govoryat, "oknah": odno - v oblasti vidimogo sveta, drugoe - v radiodiapazone. Tol'ko s pomosh'yu priborov, vynesennyh za predely atmosfery, udalos' zaregistrirovat' rentgenovskoe i gamma-izluchenie, UF- i IK-luchi, idushie iz kosmosa. To zhe otnositsya i k pervichnym kosmich. lucham.
Dlya povysheniya effektivnosti nazemnyh nablyudenii osoboe znachenie imeet primenenie moshnyh radioteleskopov, pozvolivshih poluchit' takie vazhnye rezul'taty, kak otkrytie kvazarov i pul'sarov. Odnako i v klassicheskoi optich. oblasti (v oblasti dlin voln vidimogo sveta) moshnost' i chuvstvitel'nost' priborov nepreryvno vozrastayut ne tol'ko za schet uvelicheniya diametra glavnogo zerkala teleskopov, no i blagodarya vvedeniyu principial'no novyh metodov registracii i usileniya sveta, takih, napr., kak elektronno-optich. preobrazovateli, matrichnye priemniki.
Ogromnyi skachok v poznanii kosmosa, proizoshedshii vo vtoroi polovine 20 v., ob'yasnyaetsya v pervuyu ochered' glubokim vnedreniem vo vsyu sferu nauk o prirode dostizhenii odnoi iz vedushih nauk sovremennosti - fiziki. Novye fiz. metody issledovaniya i otkrytiya v oblasti fundamental'nyh sv-v materii dali astronomii stol' mnogo, chto sovr. astronomiya v ochen' bol'shoi svoei chasti prevratilas' v astrofiziku. Vse kosmich. yavleniya - ot okolozemnogo prostranstva i do Vselennoi kak celogo - istolkovyvayutsya na osnove dostizhenii sovr. fiziki. Kazhdaya novaya oblast' fiziki i ee dostizheniya (atomnaya i yadernaya fizika, fizika elementarnyh chastic i teoriya polya, fizika plazmy, magn. gidrodinamika i t. d.) nemedlenno nahodyat shirokoe primenenie v izuchenii kosmosa, poskol'ku fizicheskie zakony, otkrytye na Zemle, polnost'yu sohranyayut svoyu silu i v glubinah kosmosa.
S drugoi storony, izuchenie fiz. processov, protekayushih v grandioznyh kosmich. masshtabah, sushestvenno obogashaet fiziku. Mezhdu fizikoi laboratornoi i fizikoi kosmicheskoi proishodit nepreryvnyi obmen nauchnymi ideyami. Tak, sinhrotronnoe izluchenie, otkrytoe v uskoritelyah chastic, pozvolilo ob'yasnit' mehanizm izlucheniya Krabovidnoi tumannosti i dr. kosmich. ob'ektov. V svoyu ochered' magn. gidrodinamika, voznikshaya v svyazi s astrofizich. problemami, poluchila shirokoe razvitie v fiz. laboratoriyah i v tehnike. O termoyadernyh reakciyah fiziki vpervye zagovorili kak ob istochnikah energii zvezd, a seichas problema osvoeniya etih reakcii v laboratorii i tehnike stala odnoi iz central'nyh dlya sovr. fiziki.
Noveishie otkrytiya v kosmose (kvazary, reliktovoe radioizluchenie, neitronnye zvezdy i t. d.) svyazany s glubochaishimi problemami fiziki. Mnogie issledovateli polagayut, chto dal'neishee izuchenie kosmich. ob'ektov i yavlenii pozvolit sushestvenno uglubit' nashi znaniya o samyh fundamental'nyh zakonah prirody.
R. 3. Sagdeev.
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
kosmos - Vselennaya - okolozemnoe prostranstvo - verhnyaya atmosfera - magnitosfery - Solnechnyi veter - kosmicheskie luchi - galaktika - mezhzvezdnoe prostranstvo - mezhplanetnoe prostranstvo - kvazary - Reliktovoe izluchenie - neitronnye zvezdy
Publikacii so slovami: kosmos - Vselennaya - okolozemnoe prostranstvo - verhnyaya atmosfera - magnitosfery - Solnechnyi veter - kosmicheskie luchi - galaktika - mezhzvezdnoe prostranstvo - mezhplanetnoe prostranstvo - kvazary - Reliktovoe izluchenie - neitronnye zvezdy |
|
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
