Походження і еволюція галактик і зірок.
Небесні тіла знаходяться в безперервному русі і зміні. Десятки тисяч років тому небо Землі прикрашали фігури інших сузір'їв, мільярди років тому взагалі ще не було Землі, Місяця, планет, Сонця, багатьох зірок і галактик. Коли і як саме вони відбулися, наука прагне з'ясувати, вивчаючи небесні тіла та їх системи. Розділ астрономії, що займається проблемами походження і еволюції небесних тіл, називається космогонією.
Сучасні наукові космогонічні гіпотези - результат фізичного, математичного та філософського узагальнення численних спостережень. У космогонічних гіпотезах значною мірою знаходить своє відображення загальний рівень розвитку природознавства. Подальший розвиток науки, обов'язково включає в себе астрономічні спостереження, підтверджує або спростовує ці гіпотези. Підтверджуються ті гіпотези, які не тільки можуть пояснити відомі із спостережень факти, але й передбачити нові відкриття.
Зірки виникали в ході еволюції галактик. Більшість астрономів вважають, що це відбувалося в результаті згущення (конденсації) хмар дифузної матерії, які поступово формувалися усередині галактик. Одна з вихідних передумов такої гіпотези полягає в тому, що, як показують спостереження, "молоді" зірки завжди тісно пов'язані з газом і пилом. Ці зірки і дифузна матерія концентруються в спіральних гілках галактик. Місцями найбільш інтенсивного зореутворення вважаються маси холодного міжзоряного речовини, які називаються газово-пиловими комплексами. Найбільш вивчений газово-пилової комплекс нашої Галактики знаходиться в сузір'ї Оріона, він включає в себе туманність в Оріоні, більш щільні газово-пилові хмари та інші об'єкти. Уявімо собі холодний газово-пилові хмари. Сили тяжіння стискають його, воно приймає кулясту форму. При стисненні будуть зростати щільність і температура хмари. Виникне майбутня, що народжується зірка (протозірка). Температура її поверхні поки ще мала, але протозірка вже випромінює в інфрачервоному діапазоні, а тому що народжуються зірки можна спробувати виявити серед досить численних джерел інфрачервоного випромінювання. Пошуки протозвезд (і протогалактик) зараз ведуться на багатьох обсерваторіях.
Одне з основних відмінностей протозірки від зірки полягає в тому, що в протозвезде ще не відбуваються термоядерні реакції, тобто в ній немає ще основного джерела енергії звичайних зірок. Термоядерні реакції починаються, коли в процесі стиснення протзвезди температура її надрах стане порядку 107 К. З цього часу стадія стиснення зірки припиняється: сила внутрішнього тиску газу тепер вже може врівноважити силу тяжіння зовнішніх частин зірки.
Стадія стиснення зірок, маси яких значно більше маси Сонця, триває всього лише сотні тисяч років, а зірки, маси яких менше сонячної, стискуються сотні мільйонів років. Чим більше маса зірки, тим при більшій температурі досягається рівновага. Тому у масивних зірок великі світності.
Стадію стиснення змінює стаціонарна стадія, що супроводжується поступовим "вигорянням" водню. У стаціонарній стадії зірка проводить більшу частину свого життя. Саме в цій стадії еволюції знаходяться зірки, які розташовуються на головній послідовності діаграми "спектр - світність". Таких зірок найбільше. Час перебування зірки на головній послідовності пропорційно масі зірки, тому що від цього залежить запас ядерного пального, і обернено пропорційно світності, яка визначає темп витрати ядерного пального. А оскільки світність зірки пропорційна приблизно четвертого ступеня її маси, то масивні зірки, маси яких у кілька разів більша за масу Сонця, еволюціонують швидше. Вони знаходяться в стаціонарній стадії лише кілька мільйонів років, а зірки, подібні Сонцю - мільярди років.
Коли весь водень в центральній області зірки перетвориться на гелій, усередині зірки утворюється гелиевое ядро. Тепер вже водень буде перетворюватися в гелій не в центрі зірки, а в шарі, що прилягає до дуже гарячого гелієвої ядра. Поки всередині гелієвого ядра немає джерел енергії, воно буде поступово скорочуватися і при цьому ще більш розігріватися. Коли температура всередині зірки перевищить 1,5 * 107 К, гелій почне перетворюватися на вуглець (з подальшим утворенням все більш важких хімічних елементів). Освітленість і розміри зірок будуть зростати. У результаті звичайна зірка поступово перетвориться на червоного гіганта або надгіганта. Багато зірок не відразу стають стаціонарними гігантами, а деякий час пульсують, як би проходячи у своєму розвитку стадію цефеїд.
Заключний етап життя зірки, як і вся її еволюція, вирішальним чином залежить від маси зірки. Зовнішні шари зірок, подібних до нашого Сонця (але з масами, не великими 1,2 маси Сонця), поступово розширюються і врешті-решт зовсім покидають ядро зірки. На місці гіганта залишається маленький і гарячий білий карлик. Білих карликів у світі зірок багато. Це означає, що багато зірки перетворюються на білих карликів, які потім поступово остигають, стаючи "погаслими зірками".
Інша доля у більш масивних зірок. Якщо маса зірки приблизно вдвічі перевищує масу Сонця, то такі зірки на останніх етапах своєї еволюції втрачають стійкість. Зокрема, вони можуть вибухнути як наднові, збагачуючи міжзоряне середовище важкими хімічними елементами (які утворилися всередині зірки і під час її вибуху), а потім катастрофічно стиснутися до розмірів куль радіусом у кілька кілометрів, тобто перетворитися в нейтронні зірки.
Усередині зірок у ході термоядерних реакцій може утворитися до 30 хімічних елементів, а під час вибуху наднових - інші елементи періодичної системи. З збагаченої важкими елементами міжзоряного середовища утворюються зірки наступних поколінь.
Якщо маса зірки вдвічі перевищує масу Сонця, то така зірка, втративши рівновагу і почавши стискатися, або перетвориться на нейтронну зірку, або взагалі не зможе досягти стійкого стану. У процесі необмеженого стиснення (колапсу) вона, ймовірно, здатна перетворитися на чорну діру. Така назва пов'язана з тим, що могутнє поле тяжіння зіщулена зірки не випускає за її межі ніяке випромінювання (світло, рентгенівські промені і т.д.). Тому чорну діру не можна побачити ні в якому діапазоні електромагнітних хвиль.
Подальший розвиток науки покаже, які з сьогоднішніх уявлень про походження галактик і зірок виявляться правильними. Але немає сумніву в тому, що зірки народжуються, живуть, помирають, а не є одного разу створені і вічно незмінні об'єкти Всесвіту; зірки народжуються групами, причому процес зореутворення продовжується в даний час.
Сучасні уявлення про походження планет.
Проблема походження планет - дуже складна і далеко ще не вирішена проблема, багато в чому залежить від розвитку не тільки астрономії, а й інших природничих наук (перш за все наук про Землю). Справа в тому, що поки можна досліджувати тільки єдину планетарну систему, навколишнє наше Сонце. Як виглядають більш молоді і більш старі системи, ймовірно існуючі навколо інших зірок, невідомо. Щоб правильно пояснити походження планет, необхідно також знати, як утворилося Сонце та інші зірки, тому що планетарні системи виникають навколо зірок в результаті закономірних процесів розвитку матерії.
Найбільш важливі висновки планетної космогонії зводяться до наступного:
а) планети сформувалися в результаті об'єднання твердих (холодних) тіл і частинок, що входили до складу туманності, яка колись оточувала Сонце. Цю туманність часто називають "допланетного" або "протопланетним" хмарою. Вважається, що сонце і протопланетной хмара сформувалися одночасно в єдиному процесі, хоча поки невідомо, як сталося відділення частини туманності, з якої виникли планети, від протосонця.
б) формування планет відбувалося під впливом різних фізичних процесів. Наслідком механічних процесів стало стиснення (сплощення) обертається туманності, її видалення від протосонця, зіткнення частинок, їх укрупнення і т.д. Змінювалася температура речовини, туманності і стан, в якому знаходилася речовина. Уповільнення обертання майбутнього Сонця могло бути обумовлено магнітним полем, що зв'язує туманність з протосонця. Взаємодія сонячного випромінювання з речовиною протопланетного хмари призвело до того, що найбільш легкі і численні частки виявилися далеко від Сонця (там, де зараз планети-гіганти).
в) супутники планет (а значить, і наш Місяць) виникли, мабуть, з рою частинок, що оточують планети, тобто теж з речовини протопланетной туманності. Пояс астероїдів виник там, де тяжіння Юпітера перешкоджало формуванню великої планети.
Основна ідея сучасної планетної космогонії - це те, що планети і їх супутники утворилися з холодних твердих тіл і частинок.
Будова, походження та еволюція Всесвіту з точки зору сучасної науки.
Всесвіт нескінченний в часі і просторі. Кожна частинка всесвіту має свій початок і кінець, як у часі, так і в просторі, але весь Всесвіт нескінченний і вічна, так як вона є вічно саморушної матерією.
Всесвіт - це все існуюче. Від найдрібніших пилинок і атомів до величезних скупчень речовини зоряних світів і зоряних систем. Тому не буде помилкою сказати, що будь-яка наука так чи інакше вивчає Всесвіт, точніше, ті чи інші її сторони. З розвитком кібернетики в різних галузях наукових досліджень придбали велику популярність методики моделювання. Сутність цього методу полягає в тому, що замість того чи іншого реального об'єкта вивчається його модель, більш-менш точно повторює оригінал або його найбільш важливі і суттєві особливості. Модель не обов'язково речова копія об'єкта. Побудова наближених моделей різних явищ допомагає нам все глибше пізнавати навколишній світ. Так, наприклад, протягом тривалого часу астрономи займалися вивченням однорідної і ізотропного (уявної) Всесвіту, в якій всі фізичні явища протікають однаковим чином і всі закони залишаються незмінними для будь-яких областей і в будь-яких напрямках. Вивчалися також моделі, в яких до цих двох умов додавалося третє - незмінність картини світу. Це означає, що в яку б епоху ми не споглядали світ, він завжди має виглядати в загальних рисах однаково. Ці багато в чому умовні і схематичні моделі допомогли висвітлити деякі важливі сторони оточуючого нас світу. Але! Як би складно не була та чи інша теоретична модель, які б різноманітні факти вона не враховувала, будь-яка модель - це ще не саме явище, а тільки більш-менш точна його копія, так би мовити, образ реального світу. Тому всі результати, отримані за допомогою моделей Всесвіту, необхідно обов'язково перевіряти шляхом порівняння з реальністю. Не можна ототожнювати саме явище з моделлю. Не можна без ретельної перевірки, приписувати природі ті властивості, якими володіє модель. Жодна з моделей не може претендувати на роль точного "зліпка" Всесвіту. Це говорить про необхідність поглибленої розробки моделей неоднорідною і не ізотропного Всесвіту.
Зірки у Всесвіті об'єднані в гігантські Зоряні системи, звані галактиками. Зоряна система, у якої як звичайна зірка перебуває наше Сонце, називається Галактикою.
Число зірок в галактиці порядку 1012 (трильйона). Чумацький шлях - світла срібляста смуга зірок - оперізує все небо, становлячи основну частину нашої Галактики. Чумацький Шлях найбільш яскравий у сузір'ї Стрільця, де знаходяться наймогутніші хмари зірок. Найменш яскравий він в протилежній частині неба. З цього неважко зробити висновок, що сонячна система знаходиться не в центрі Галактики, який від нас видно в напрямку сузір'я Стрільця. Наша Галактика займає простір, нагадує лінзу або сочевицю, якщо дивитися на неї збоку. Розміри Галактики були виявлені по розташуванню зірок, які видно на великих відстанях. Це - цефеїди та гарячі гіганти. Діаметр Галактики приблизно дорівнює 3000 пк (Парсек (пк) - відстань, з яким велика піввісь земної орбіти, перпендикулярна променю зору, видно під кутом 1?. 1 Парсек = 3,26 світлового року = 206265 а.о. = 3 * 1013 км.) або 100000 світлових років (світловий рік - відстань, пройдена світлом протягом року), але чіткої межі в неї немає, тому що зоряна щільність поступово сходить нанівець.
У центрі Галактики розташоване ядро діаметром 1000-2000 пк - гігантське ущільнене скупчення зірок. Воно знаходиться від нас на відстані майже 10000 пк (30000 світлових років) у напрямку сузір'я Стрільця, але майже цілком приховано щільною завісою хмар, що перешкоджає візуальним і фотографічним спостереженнями цього цікавого об'єкта Галактики. До складу ядра входить багато червоних гігантів і короткоперіодичних цефеїд.
Зірки верхньої частини головної послідовності, а особливо надгіганти і класичні цефеїди, становлять більш молоді населення. Воно розташовується далі від центра й утворює порівняно тонкий шар або диск. Серед зірок цього диска знаходиться пилова матерія і хмари газу. Субкарлики й гіганти утворюють навколо ядра й диска Галактики сферичну систему.
Маса нашої галактики оцінюється зараз різними способами і дорівнює 2 * 1011 мас Сонця (маса Сонця дорівнює 2 * 1030 кг.) Причому 1 / 1000 її криється у міжзоряному газі й пилу. Поперечник нашої Галактики становить 100000 світлових років. Шляхом кропіткої роботи московський астрономом В.В. Кукаріну в 1944 р. знайшов докази спіральної структури Галактики, причому виявилося, що ми живемо в просторі між двома спіральними гілками, бідному зірками.
У деяких місцях на небі в телескоп, а подекуди навіть неозброєним оком, можна розрізнити тісні групи зірок, пов'язані взаємним тяжінням, або зоряні скупчення.
Існує два види зоряних скупчень: розсіяні й кульові.
Розсіяні скупчення складаються звичайно з десятків або сотень зірок головної послідовності і надгігантів із слабкою концентрацією до центру.
Кульові ж скупчення складаються звичайно з десятків або сотень зірок головної послідовності й червоних гігантів. Іноді вони містять короткоперіодичні цефеїди.
Розмір розсіяних скупчень - кілька парсеків. Розмір кульових скупчень із сильною концентрацією зірок до центру - десяток парсек. Відомо понад 100 кульових і сотні розсіяних скупчень, але в Галактиці останніх десятки тисяч.
Окрім зірок до складу Галактики входить ще розсіяна матерія, надзвичайно розсіяне речовина, що складається з міжзоряного газу і пилу. Воно утворює туманності. Туманності бувають дифузними (клочковатой форми) і планетарними. Приклад: газопилова туманність в сузір'ї Оріона і темна пилова туманність Кінська голова.
Відстань до туманності в сузір'ї Оріона дорівнює 500 пк, діаметр центральної частини туманності - 6 пк, маса приблизно в 100 разів більше маси Сонця.
У Всесвіті немає нічого єдиного і неповторного в тому сенсі, що в ній немає такого тіла, такого явища, основні і загальні властивості якого не були б повторені в іншому тілі, іншими явищами.
Зовнішній вигляд галактик надзвичайно різноманітний, і деякі з них дуже мальовничі. Едвін Пауелл Хаббл (1889-1953), видатний американський астроном - спостерігач, обрав найпростіший метод класифікації галактик за зовнішнім виглядом, і, треба сказати, що хоча за іншими видатними дослідниками були внесені розумні пропозиції щодо класифікації, первісна система, виведена Хабблом, по раніше залишається основою класифікації галактик.
Хаббл запропонував розділити всі галактики на 3 види:
Еліптичні - позначаються Е (elliptical);
Спіральні (Spiral);
Неправильні - позначаються (irregular).
Еліптичні галактики зовні невиразні. Вони мають вигляд гладких еліпсів чи кіл із поступовим круговим зменшенням яскравості від центру до периферії. Ні яких додаткових частин у них немає, тому що еліптичні галактики складаються з другого типу зоряного населення. Вони побудовані з зірок червоних і жовтих гігантів, червоних і жовтих карликів і певної кількості білих зірок не дуже високої світлості. Відсутні біло-блакитні надгіганти і гіганти, угруповання яких можна спостерігати у вигляді яскравих згустків, які надають структурність системі, немає пилової матерії, яка, в тих галактиках де вона є, створює темні смуги, що відтіняють форму зоряної системи.
Зовні еліптичні галактики відрізняються один від одного в основному однією рисою - більшим чи меншим стисненням (NGG і 636, NGC 4406, NGC 3115 і ін)
З дещо одноманітними еліптичними галактиками контрастують спіральні галактики, які є може бути навіть самими мальовничими об'єктами у Всесвіті. У еліптичних галактик зовнішній вигляд говорить про статичності, стаціонарності. Спіральні галактики, навпаки, являють собою приклад динаміки форми. Їх красиві гілки, що виходять з центрального ядра і як би втрачають обриси за межами галактики, вказує на потужне стрімкий рух. Вражає також різноманіття форм і малюнків гілок. Як правило, у галактики є дві спіральні гілки, що беруть початок у протилежних точках ядра, розвиваються подібним симетричним чином і втрачається в протилежних областях периферії галактики. Проте відомі приклади більшого, ніж двох числа спіральних гілок в галактиці. В інших випадках спіралі дві, але вони нерівні - одна значно більш розвинена, ніж друга. Приклади спіральних галактик: М31, NGC 3898, NGC 1302, NGC 6384, NGC 1232 та ін
Перераховані до цих пір типи галактик характеризувалися симетричністю форм, певним характером малюнка. Але зустрічаються велике число галактик неправильної форми, без будь-якої закономірності структурної будови. Хаббл дав їм позначення від англійського слова irregular - неправильні.
Неправильна форма у галактики може бути внаслідок того, що вона не встигла прийняти правильної форми з-за малої щільності у ній матерії або з-за молодого віку. Є й інша можливість: галактика може стати неправильної внаслідок спотворення форми внаслідок взаємодії з іншого галактикою. Мабуть, ці обидва випадки зустрічаються серед неправильних галактик і з цим пов'язано поділ неправильних галактик на 2 підтипи:
- Перший підтип характеризується порівняно високою яскравістю і складністю неправильної структури (NGM 25744, NGC 5204). Французький астроном Вакулер в деяких галактиках цього підтипу, наприклад, Магелланових хмарах, виявив ознаки спіральної зруйнованої структури.
- Неправильні галактики іншого підтипу відрізняються дуже низькою яскравістю. Ця риса виділяє їх із середовища галактик всіх інших типів. У той же час вона перешкоджає виявленню цих галактик, внаслідок чого вдалося виявити лише кілька галактик цього типу, розташованих порівняно близько (галактика в сузір'ї Лева.).
Тільки 3 галактики можна спостерігати неозброєним оком: Велике Магелланова хмара, Мала Магелланова хмара і Туманність Андромеди.
Обертова зоряна система після закінчення деякого терміну повинна прийняти форму кулі. Такий висновок випливає з теоретичних досліджень. Він підтверджується на прикладі кульових скупчень, які обертаються і мають кулясту форму.
Якщо ж зоряна система сплюснута, то це означає, що вона обертається. Отже, повинні обертатися й еліптичні галактики, за винятком тих з них, які кулясті. Обертання відбувається навколо осі, яка перпендикулярна головної площини симетрії. Галактика стиснута уздовж осі свого обертання. Вперше обертання галактик виявив в 1914 р. американський астроном Слайфер.
Особливий інтерес представляють галактики з різко підвищеною світністю. Їх прийнято називати радіогалактиками. Найбільш видатна галактика - Лебедьl. Це слабка подвійна галактика з надзвичайно тісно розташованими один до одного компонентами, які є найпотужнішим дискретним джерелом. Об'єкти, подібні галактиці Лебедьl, безумовно, дуже рідкісні в Метагалактиці, але Лебедьl не єдиний об'єкт подібного роду у Всесвіті. Вони повинні знаходитися на величезній відстані один від одного (більш 200Мпс).
Потік проходить від них радіовипромінювання на увазі великої відстані слабше, ніж від джерела Лебедьl.
Кілька яскравих галактик, що входять до каталогу NGC, також можна віднести до розряду радіогалактик, тому що їх радіовипромінювання аналогічно сильне, хоча воно значно поступається за енергією світловому. З цих галактик NGC 1273, NGC 5128, NGC 4782 і NGC 6186 є подвійними. Поодинокі - NGC 2623 і NGC 4486.
Коли англійські та австралійські астрономи, застосувавши інтерференційний метод, в 1963 р. визначили з великою точністю положення великої кількості дискретних джерел радіовипромінювання, вони одночасно визначили і інші кутові розміри деякого числа радіоджерел. Діаметри більшості з них обчислювалися хвилинами або десятками секунд дуги, але в 5-ти джерел, а саме у 3С48, 3С147, 3С196, 3С273 і 3С286, розміри виявилися менше секунди дуги. Потік їх радіовипромінювання не поступався за величиною радіовипромінюванню інших дискретних джерел, що перевершують їх за площею випромінювання в десятки тисяч разів. Ці джерела радіовипромінювання були названі квазарами. Зараз їх відкрито понад 1000. Блиск квазара не залишається постійним. Маси квазарів сягають мільйона сонячних мас. Джерело енергії квазарів до цих пір не ясний. Є припущення, що квазари - це виключно активні ядра дуже далеких галактик.
Теоретичне моделювання має важливе значення так само і для з'ясування минулого і майбутнього спостережуваного Всесвіту. У 1922 р. А.А. Фрідман зайнявся розробкою оригінальної теоретичної моделі Всесвіту. Він припустив, що середня щільність не є постійною, а змінюється з часом. Фрідман прийшов до висновку, що будь-яка досить велика частина Всесвіту, рівномірно заповнена матерією, не може знаходитися в стані рівноваги: вона повинна або розширюватися, або стискатися. Ще в 1917 р. В.М. Слайфер виявив "червоний зсув" спектральних ліній у спектрах далеких галактик. Таке усунення спостерігається тоді, коли джерело світла віддаляється від спостерігача. У 1929 р. Е. Хаббл пояснив це явище взаємним розбігання цих зоряних систем. Явище "червоного зсуву" спостерігається в спектрах майже всіх галактик, крім найближчих (декількох). І чим далі від нас галактика, тим більше зрушення ліній у її спектрі, тобто всі зоряні системи віддаляються від нас із величезними швидкостями в сотні, тисячі десятки тисяч кілометрів на секунду; більш далекі галактики володіють і великими швидкостями. А після того, як ефект "червоного зсуву" був виявлений і в радіодіапазоні, то не залишилося жодних сумнівів у тому, що спостережувана Всесвіт розширюється. В даний час відомі галактики, що віддаляються від нас зі швидкістю 0,46 швидкості світла, а сверхзвездой і квазари - 0,85 швидкості світла. Але чому вони рухаються, розширюються? На галактики постійно діє якась сила. У віддаленому минулому матерія в нашій області Всесвіту перебувала в надщільним стані. Потім відбувся "вибух", в результаті якого і почалося розширення. Щоб з'ясувати подальшу долю метагалактики, необхідно оцінити середню щільність міжзоряного газу. Якщо вона вище 10 протонів на 1м3, то загальне гравітаційне поле метагалактики досить велике, щоб поступово зупинити розширення. І воно змінюється стиском.
Виникли дві думки з приводу стану Метагалактики до початку розширення. Відповідно до одного з них первісна речовина метагалактики складалося з "холодної" суміші протонів, тобто ядер атомів водню, електронів і нейтронів. Відповідно до другої, температура була дуже велика, а щільність випромінювання навіть перевершувала щільність речовини. Але після відкриття в 1965 р. реліктового випромінювання А. Пензиасом і Р. Вілсоном, перевагу було віддано другої теорії. Після була зроблена спроба представити хід подій на перших стадіях розширення Метагалактики: через 1сек. після початку розширення надщільний вихідної плазми щільність речовини знизилася до 500 кг / см 3, а t = 1013 Со. У перебігу наступних 100сек. щільність знизилася до 50 г/см3, температура впала. Об'єдналися протони і нейтрони => ядра гелію. При t = 4000о це тривало кілька сотень тисяч років. Потім, після того, як утворилися атоми водню, почалося поступове формування гарячих водневих хмар, з яких утворилися галактики і зірки. Однак у процесі розширення могли зберегтися згустки надщільного дозвездного речовини, а в процесі їх розпаду утворилися зірки й галактики. Не виключено, що діяли обидва механізми.
Поняття Метагалактика не є цілком зрозумілим. Воно сформувалося на підставі аналогії з зірками. Спостереження показують, що галактики, подібно зіркам, що групуються в розсіяні й кульові скупчення, також об'єднуються в групи і скупчення різної чисельності. Вся охоплена сучасними методами астрономічних спостережень частина Всесвіту називається Метагалактикою (або нашого Всесвіту). У Метагалактиці простір між галактиками заповнений надзвичайно розрядженим міжгалактичним газом, пронизується космічними променями, в ньому існують магнітні і гравітаційні поля, і, можливо, невидимі маси речовин.
Від найбільш віддалених метагалактіческіх об'єктів світло йде до нас багато мільйонів років. Але все-таки немає підстав стверджувати, що Метагалактика - це весь Всесвіт. Можливо, існують інші, поки не відомі нам метагалактики.
У 1929 р. Хаббл відкрив чудову закономірність, яка була названа "законом Хаббла" або законом "червоного зсуву": лінії галактик зміщені до червоного кінця, причому зсув тим більше, чим далі знаходиться галактика.
Пояснивши червоне зміщення ефектом Доплера, вчені прийшли до висновку про те, що відстань між нашою та іншими галактиками безупинно збільшується. Хоча, безумовно, галактики не розлітаються в усі боки від нашої галактики, що не займає ніякого особливого становища в Метагалактиці, а відбувається взаємне віддалення всіх галактик. Отже, Метагалактика не стаціонарно.
Відкриття розширення Метагалактики свідчить про те, що в минулому Метагалактика була не такою як зараз і інший стане в майбутньому, тобто Метагалактика еволюціонує.
За червоного зсуву визначені швидкості видалення галактик. У багатьох галактик вони дуже великі, сумірні зі швидкістю світла. Самим великими швидкостями (більше 250 000 км / с) мають деякі квазари, які вважаються найбільш віддаленими від нас об'єктами Метагалактики.
Ми живемо на зростаючій Метагалактиці. Розширення Метагалактики виявляється тільки на рівні скупчень і сверхскоплений галактик. Метагалактика має одну особливість: не існує центру, від якого розбігаються галактики. Вдалося вирахувати проміжок часу з початку розширення Метагалактики. Він дорівнює 20-13 млрд. років. Розширення Метагалактики є найграндіознішою з відомих у даний час явищ природи. Це відкриття справило докорінна зміна в поглядах філософів і вчених. Адже деякі філософи ставили знак рівності між Метагалактикою і Всесвіту, і намагалися довести, що розширення Метагалактики підтверджує релігійне уявлення про божественність походження Всесвіту. Але Всесвіту відомі природні процеси, по всій ймовірності це вибухи. Є припущення, що розширення Метагалактики також почалося з явища, нагадує колосальний вибух речовини, що володіє величезною температурою і щільністю.
Розрахунки, виконані астрофізиками, свідчать про те, що після початку розширення речовина Метагалактики мало високу температуру і складалося з елементарних частинок (нуклонів) і їхніх античастинок. У міру розширення змінилася не тільки температура і щільність речовини, а й склад входили в нього частинок, тобто багато частинок і античастинки анігілювали, породжуючи при цьому електромагнітні кванти.
Ця теорія називається теорією "гарячого Всесвіту", коли надщільного речовина перетворилося в речовину з близькою щільністю до щільності води. Через кілька годин щільність майже зрівнялася з щільністю нашого повітря, а зараз, після закінчення мільярдів років, оцінка середньої густини речовини в Метагалактиці призводить до значення порядку 10-28 кг/м3.
Великий німецький учений, філософ Кант (1724-1804) створив першу універсальну концепцію еволюціонує Всесвіту і представляв Всесвіт нескінченної в особливому значенні. Він обгрунтував можливості і значну ймовірність виникнення такого Всесвіту винятково під дією механічних сил притягання та відштовхування і намагався з'ясувати подальшу долю цього Всесвіту на всіх її масштабних рівнях - починаючи з планетної системи і закінчуючи світом туманності.
Ейнштейн зробив радикальну наукову революцію, відкривши теорію відносності. У статті від 30.06.1905 р., що заклала основи спеціальної теорії відносності, Ейнштейн, узагальнюючи принципи відносності Галілея, проголосив рівноправність усіх інерційних систем відліку не тільки в механічних, але також в електромагнітних явищах.
Спеціальна або часткова теорія відносності Ейнштейна стала результатом узагальнення механіки Галілея і електродинаміки Лоренца. Вона описує закони всіх фізичних процесів при швидкостях руху близьких до швидкості світла.
Вперше принципово нові космологічні слідства загальної теорії відносності розкрив видатний радянський математик і фізик-теоретик Олександр Фрідман (1888-1925 рр.).. Фрідман навів дві моделі Всесвіту. Незабаром ці моделі знайшли дивно точне підтвердження в безпосередніх спостереженнях рухів далеких галактик в ефекті "червоного зсуву" в їх спектрах.
Цим Фрідман довів, що речовина у Всесвіті не може знаходитися в спокої. Своїми висновками Фрідман теоретично сприяв відкриттю необхідності глобальної еволюції Всесвіту.
Існує кілька теорій еволюції:
- Теорія пульсуючого Всесвіту стверджує, що наш світ стався в результаті гігантського вибуху. Але розширення Всесвіту не продовжуватиметься вічно, тому що його зупинить гравітація. З цієї теорії наш Всесвіт розширюється протягом 18 млрд. років з часу вибуху. У майбутньому розширення повністю сповільниться й відбудеться зупинка, а потім вона почне стискатися до тих пір, поки речовина знову не стиснеться і відбудеться новий вибух.
- Теорія стаціонарного вибуху: згідно з нею Всесвіт не має ні початку, ні кінця. Вона весь час перебуває в одному і тому ж стані. Постійно йде утворення нового виру, щоб відшкодувати речовина віддаляються галактик. Ось з цієї причини Всесвіт завжди однакова, але якщо Всесвіт, початок якій поклав вибух, розширюватиметься до нескінченності, то вона поступово охолоне і зовсім згасне.
Але поки що жодна з цих теорій не доведена, тому що на даний момент не існує жодних точних доказів хоча б однієї з них.
Найбільш імовірне значення постійної Хаббла (коефіцієнта пропорційності, що зв'язує швидкості видалення позагалактичних об'єктів і відстань до них, що становить 60 км / (с * Мпк), призводить до значення часу розширення метагалактики до сучасного стану - 17 млрд. років.
Список літератури
Климишин І.А. Відкриття Всесвіту. -М., 1987.
Новіков І.Д. Як вибухнула Всесвіт. -М., 1988.
Шкловський І.С. Всесвіт, життя, розум. -М., 1990.
Полак І.Ф. Як влаштований Всесвіт. -М., 1979.
Левітан Є.П. Еволюціонує Всесвіт. -М .. 1993.
Воронцов-Вельямінов Б.А. Галактики, туманності і вибухи у Всесвіті. -М., 1983.
Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://referat2000.bizforum.ru/