Структура Всесвіту

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст
Введення
1. Метагалактика
2. Галактики
2.1 Основні складові галактики
2.2 Галактика Чумацький Шлях
2.3 Зірки 10
2.4 Сонячна система
Висновок
Список використаної літератури

Введення
Всесвіт як ціле є предметом особливої ​​астрономічної науки - космології, що має давню історію. Витоки її йдуть в античність. Космологія довгий час перебувала під значним впливом релігійного світогляду, будучи не стільки предметом пізнання, скільки справою віри.
Всесвіт - це самий глобальний об'єкт мегасвіту, безмежний у часі і просторі. Згідно сучасних уявлень вона являє собою величезну неосяжну сферу. Існують наукові гіпотези про «відкритою», тобто «безупинно розширюється», так само як і про «закритою», тобто «пульсуючої», Всесвіту. Обидві гіпотези існують в декількох варіантах. Проте потрібні дуже грунтовні дослідження, поки та чи інша з них не перетвориться в більш-менш обгрунтовану наукову теорію.
Як вважають вчені, все залежить від величини середньої щільності матерії у Всесвіті, а величину цю поки що не вдалося визначити з достатньою точністю. Зате точно розрахована якась критична величина, вище і нижче якої Всесвіт повинен вести себе по-різному.
Якщо середня щільність матерії дорівнює цій величині або нижче її, то Всесвіт буде розширюватися нескінченно, причому ця середня щільність матерії у Всесвіті буде нескінченно наближатися до нуля - приблизно так само, як якщо б хмарка диму стало «розпливатися» у повітрі. Якщо ж щільність матерії виявиться вище зазначеної величини, то в майбутньому розширення Всесвіту припиниться і зміниться стисненням.
Не виключено, що періоди розширення і стиснення чергуються нескінченно. У цьому випадку ми маємо «пульсуючу» Всесвіт. Не виключено також, що цикли «розширення - стиснення» відрізняються один від одного, змінюючись відповідно до якоїсь закономірності. У цьому випадку ми маємо «осцилюючих» Всесвіт.

1. Метагалактика
Метагалактика - це частина Всесвіту, доступна вивчення астрономічними засобами. Вона складається із сотні мільярдів галактик, кожна з яких обертається навколо своєї осі й одночасно розбігаються один від одного зі швидкостями від 200 до 150 000 км / с.
Одне з найважливіших властивостей Метагалактика - її постійне розширення, про що свідчить «розліт» скупчень галактик. Доказом того, що скупчення галактик віддаляються один від одного, є «червоне зміщення» у спектрах галактик і відкриття реліктового випромінювання (фонове позагалактичні випромінювання, який відповідає температурі близько 2,7 К).
З явища розширення Метагалактики випливає важливий наслідок: минулого відстані між галактиками були меншими. А якщо врахувати, що й самі галактики в минулому були протяжними і розрідженими газовими хмарами, то очевидно, що мільярди років тому кордони цих хмар змикалися і утворювали деякий єдине однорідне газова хмара, яке мало постійне розширення.
Інша важлива властивість Метагалактика - рівномірний розподіл у ній речовини (основна маса якого зосереджена в зірках). У сучасному стані Метагалактика - однорідна в масштабі близько 200 Мпк. Малоймовірно, що вона була такою в минулому. На самому початку розширення Метагалактики неоднорідність матерії цілком могла існувати. Пошуки слідів неоднорідності минулих станів Метагалактики - одна з найважливіших проблем позагалактичної астрономії.
Однорідність Метагалактики (і Всесвіту) треба розуміти і в тому сенсі, що структурні елементи далеких зірок і галактик, фізичні закони, яким вони підпорядковуються, і фізичні константи, мабуть, з великим ступенем точності однакові всюди, тобто ті ж, що і в нашій області Метагалактики, включаючи Землю. Типова галактика, що знаходиться в сотні мільйонів світлових років від нас, виглядає в основному так само, як наша. Спектри атомів, отже, закони хімії та атомної фізики там ідентичні відомим на Землі. Ця обставина дозволяє впевнено поширювати відкриті в земній лабораторії закони фізики на більш широкі області Всесвіту.
Подання про однорідність Метагалактики ще раз доводить, що Земля не займає у Всесвіті скільки-небудь привілейованого становища. Звичайно, Земля, Сонце і Галактика здаються нам, людям, важливими і винятковими, але для Всесвіту в цілому вони такими не є.
Вичерпує Метагалактика собою всю можливу матерію? Багато вчених так і вважають, стверджуючи єдиність нашої розширюється Метагалактика - Всесвіту. Але такі твердження нагадують космологію Аристотеля, багаторазово повторювані заяви про одиничність Землі зі світилами навколо неї, єдиності Сонячної системи, а також більш пізні теорії єдиності нашої Галактики і т.д. І тому все частіше висловлюється думка про множинності «метагалактик», множинності всесвітів, кожна з яких має свій власний набір фундаментальних фізичних властивостей матерії, простору і часу, свій тип нестаціонарності, організації та ін Ці гіпотези не суперечать сучасним математичним та фізико-теоретичним уявленням . Більш того, багато моделей релятивістської космології закономірно підводять до висновків такого роду. [1]

2. Галактики
2.1 Основні складові галактики
Галактика - це скупчення зірок у обсязі, що має форму лінзи. Велика частина зірок концентрується в площині симетрії цього обсягу (галактичної площини), менша частина, концентрується в сферичному обсязі (ядрі галактики).
Окрім зірок до складу галактик входять міжзоряний речовина (гази, пил, астероїди, комети), електромагнітні, гравітаційні поля, космічні випромінювання. Сонячна система розташована поблизу галактичної площини нашої галактики. Для земного спостерігача зірки, що концентруються в галактичної площини, зливаються у видиму картину Чумацького шляху.
Систематичне дослідження галактик було розпочато на початку минулого століття, коли були встановлені на телескопах прилади для спектрального аналізу світлових випромінювань зірок.
Американський астроном Е. Хаббл розробив метод класифікації відомих йому тоді галактик з урахуванням їх спостерігається форми. У його класифікації виділено кілька типів (класів) галактик, в кожному з яких є підтипи або підкласи. Він же визначив приблизний відсотковий розподіл спостережуваних галактик: еліптичні за формою (приблизно 25%), спіральні (приблизно 50%), лінзоподібні (приблизно 20%) і пекулярні (неправильної форми) галактики (приблизно 5%).
Сьогодні відомо, що галактики об'єднуються в стійкі структури (скупчення і сверхскопленія галактик). Астрономам відомо хмара галактик з щільністю 220 032 галактик на один квадратний градус. Наша Галактика входить до скупчення галактик, яке називають Місцевої системою.
У Місцеву систему входять наша Галактика, галактика Туманність Андромеди, Спіралевидна галактика із сузір'я Трикутник і ще 31 зоряна система. Поперечник цієї системи - 7 млн ​​світлових років. До цього об'єднання галактик входить галактика Туманність Андромеди, яка істотно більше нашої Галактики: її діаметр понад 300 тис. св. років. Вона знаходиться на відстані 2300 тисяч св. років від нашої Галактики і складається з декількох більйонів зірок. Поряд з такою величезною галактикою, як Туманність Андромеди, астрономам відомі галактики-карлики.
У сузір'ях Лева і Скульптора виявлені майже кулясті галактики розміром 3000 св. років у поперечнику. Є дані про лінійних розмірах наступних великомасштабних структур у Всесвіті: зоряні системи - 108 км, галактики, що містять близько 1013 зірок, - 3 · 104 св. років, скупчення галактик (з 50 яскравих галактик) - 107св. років, сверхскопленія галактик-109 св. років. Відстань між скупченнями галактик дорівнює приблизно 20 · 107св. років.
Позначення галактик прийнято давати щодо відповідного каталогу: позначення каталогу плюс номер галактики (NGC2658, де NGC - новий загальний каталог Дрейера, 2658 - номер галактики в цьому каталозі). У перших зоряних каталогах галактики помилково фіксувалися як туманності певної світності. У другій половині ХХ ст. було встановлено, що класифікація галактик Хаббла не є точною: існує велика безліч різновидів пекулярних за формою галактик. Місцева система (скупчення галактик) входить до гігантське надскупчення галактик, поперечник якої становить 100 млн років, наша Місцева система знаходиться від центру цього сверхскопленія на відстані понад 30 млн св. років. Сучасна астрономія використовує широкий спектр методів дослідження об'єктів, що знаходяться на величезних відстанях від спостерігача. Велике місце в астрономічних дослідженнях займає метод радіологічних вимірів, розроблений на початку минулого століття. [2]

2.2 Галактика Чумацький Шлях
Наша галактична система - рядова зоряна система. На небі в ясну безмісячну ніч добре видно яскраву білувата смуга - Чумацький Шлях. Він тягнеться (при вечірніх спостереженнях) через сузір'я Скорпіона, Стрільця, Орла і далі вгору до сузір'їв Лебедя, Цефея і Кассіопеї. При ранкових спостереженнях можна простежити його іншу гілку: по сузір'ях Персея, Візничого, Тельця, Близнят, Оріона і Великого Пса. У південній півкулі він проходить через сузір'я Вітрила, Кіля, Південного Хреста і Центавра. Таким чином, Чумацький Шлях утворює на небі повне коло. Греки назвали Чумацький Шлях галактичним (молочним) колом. Його світла сяйво відбувається в основному через світіння незліченної кількості слабких зірок.
Уявлення про те, що Чумацький Шлях складається з величезної кількості зірок, піднімається ще до Демокріту. Його здогадку підтвердив Галілей за допомогою свого телескопа. У. Гершель звернув увагу на те, що в напрямку сузір'я Геркулеса зірки як би розсовуються, а на протилежній стороні - зближуються. Таке враження виходить при русі по дорозі, по обидва боки якої висаджені дерева, тому Сонце рухається по відношенню до найближчих зірок і відстані до них неоднакові. [3]
Наша Галактика, Чумацький Шлях, має спіралеподібної форми: при розгляді її збоку вона має вигляд диска з потовщенням в центрі, зверху - вид спіралі, утвореної двома рукавами, що розходяться з ядра Галактики. Маса нашої Галактики більше 2 · 1011 мас Сонця. Маса Сонця більше 2 · 1030кг. Поперечник Галактики Чумацький Шлях складає 100 000 св. років. Наша Сонячна система знаходиться від центру Галактики на відстані 34 000 св. років. Ядро нашої Галактики знаходиться всередині Чумацького Шляху в напрямку сузір'я Стрільця. Ядро Галактики - це центральне згущення активних процесів, що відбуваються в Галактиці. Передбачається, що маса ядра галактик складає всього лише кілька відсотків від маси всієї Галактики. Для визначення мас великомасштабних об'єктів Всесвіту (зірки і т. д.) використовується ряд залежностей, наприклад: спектр-світність, маса-світність, сила гравітаційної взаємодії та інші.
У 1944 р. німецький астроном В. Бадді (1893-1966) - працював в основному в США - побудував моделі зоряної природи ядра галактик. Всі зірки, що входять в нашу Галактику, він назвав «зоряним населенням» і розділив на два типи: 1) зірки ядра Галактики (гало) і 2) зірки периферійної частини Галактики (диско). Відповідно до цієї моделі всі зірки в нашій Галактиці зосереджені у розсіяних і кульових скупченнях зірок. Перші належать диско нашої Галактики, другі входять в гало, центральну частину Галактики. Розсіяні скупчення складаються зі ста до тисячі зірок, кульові - з кількох сотень тисяч і мільйонів зірок. Розподіл зірок на «населення диско» і «населення гало» відрізняється від розподілу ГМО [4] на «населення диско» і «населення рукавів». До перших відносяться холодні ГМО, до других - теплі. Суть цієї відмінності полягає в тому, що гравітаційне поле Галактики не дозволяє переходити зіркам, наприклад з «населення гало» в «населення диско». У зірок, складових «населення гало», відношення вмісту легких хімічних елементів до важких істотно менше, ніж у зірок «населення диско». Для того щоб відбувався взаємний перехід зірок з одного населення в інше, зіркам потрібно міняти свою Металічність. Що ж стосується хмар ГМО, то їх рух в Галактиці є більш інтенсивним, тобто вони при русі можуть переходити з холодного в тепле стан і з теплого в холодне, змінюючи своє місце, становище в Галактиці. В даний час стверджується, що в нашій Галактиці здійснюється процес утворення нових зірок зі структур МЗС [5], названих ГМО (гігантські молекулярні хмари в МЗС). На це зореутворення, як вважають фахівці, витрачається приблизно 4 маси Сонця в рік. При цьому йдеться, що зірки народжуються в спіральних рукавах (70%), в міжзоряному просторі (10%), в області центру Галактики, з діаметром 1 КПС (10%), над галактичної площиною, в гало (близько 10%). Таким чином, виходить, що спіральні рукави, що займають всього лише 1% усього обсягу Галактики, є основною областю зореутворення в даний час. Теорія зореутворення викладена у цікавій роботі В. Г. Сурдін «Народження зірок» 1. Проблеми, з якими стикається ця теорія, наступні:
1. Якщо наша Галактика витрачає 4 маси Сонця своєї МЗС на зореутворення на рік, то за 2 млрд років вона повинна була МЗС вже повністю витратити, але Галактика має вік близько 10-13 млрд років, і МЗС в ній зберігається.
2. Чи відбувається процес зореутворення віддає частину своєї енергії-маси в МЗС і спалахує як зірка) однаковим для всіх форм галактик або тільки він характерний для спіралеподібних?
3. Яке джерело утворення енергії-маси МЗС Галактики (тільки внутрішній або общегалактіческій)?
Однією з відповідей на ці питання є гіпотеза про освіту Галактики з енергії-маси більш великих структур, таких як сверхскопленія галактик і скупчень галактик. Першими в часі, як вважають, утворилися сверхскопленія галактик, потім - скупчення галактик і лише пізніше з'явилися галактики з індивідуальною формою. Інакше кажучи, вважається, що енергія-маса, достатня для утворення сверхскоплений галактик, переходить за рахунок фрагментації в енергію-масу окремих скупчень галактик і т. д.
Металічність зірки - це величина, що характеризує ставлення важких елементів у зірки (їх умовно називають металами) до кількості міститься в ній водню: Fe / H, де Fe - кількість (маса) важких елементів в зірці, Η - маса водню. За основу шкали вимірювання металевості зірки береться Металічність Сонця, в якому міститься 2-3% важких металів (Fe / H). Існує точка зору, згідно з якою на догалактіческой стадії, 13 млрд років тому, при формуванні нашої Галактики в складі її енергії-маси не було важких елементів. Вона складалася з водню (3 / 4) і гелію (1 / 4) · Сили тяжіння стискали догалактіческую структуру, яку важко назвати хмарою, як часто це робиться. У цій догалактіческой структурі відбулося ущільнення та фрагментація, тобто з'явилися неоднорідності з високою щільністю. Ці фрагментарні щільності можуть розглядатися як осередки освіти скупчень зірок спектрального класу О і В. Ці зірки називають зірками першого покоління або предсверхновимі, ​​оскільки їх маса досягала, як вважають, кілька тисяч мас Сонця.
Зірки спектральних класів О і В спостерігаються сьогодні. Вони мають температуру поверхні від 15 000 до 25 000 К і істотно вище. Однак вони не є суто воднево-гелієвими зірками першого покоління. У лініях їх спектрів спостерігаються лінії водню, гелію, кремнію, кисню та вуглецю. Чисто воднево-гелієвих зірок не вдалося виявити до цих пір: є зірки з вмістом важких елементів в 100-400 разів менше, ніж у Сонця, але ще з меншим вмістом не спостерігаються. У зв'язку з цим фактом висловлюється припущення про наявність повільний або переривчастою фізико-хімічної еволюції Галактики: протягом першої половини життя Галактики відбувався лінійний ріст важких елементів в міжзоряному середовищі за рахунок зірок першого покоління, потім це зростання призупинилося. Як вважають, зірки першого покоління мали величезною енергією, масою, яка дозволяла виникнути термоядерного синтезу важких хімічних елементів з легких. Вони проіснували приблизно 1 млрд років, викинувши величезну енергію-масу в навколишнє середовище, збагативши її важкими хімічними елементами. Новоутворена в Галактиці міжзоряне середовище, як вважають, призвела до утворення зірок другого покоління. Енергія-маса цих зірок не дозволяє утворювати важкі хімічні елементи. Наприклад, наше Сонце, віком в 5 млрд років, не може утворювати важкі хімічні елементи, їх він «запозичив» з МЗС Галактики. Зірки, які містять багато важких хімічних елементів, називають молодими в сенсі місця, яке вони займають в еволюції Всесвіту. Сучасні дослідження виявили потужне джерело випромінювання в діапазоні радіохвиль з ядра нашої Галактики. Ядро нашої Галактики, за сучасними оцінками, має лінійні розміри близько 4000 св. років.
Висловлюється думка, що всередині ядра знаходиться масивна «чорна діра», оточена газовою хмарою діаметром в 1 млрд км, що є джерелом викиду енергії-маси (речовини) зі швидкістю близько 600 км / с в кількості однієї маси Сонця в рік. Ця гіпотеза вимагає відповідної перевірки. Для перевірки цієї гіпотези російські і західноєвропейські вчені планують запустити в 2006 р. надпотужний телескоп, який, як вважають вчені, допоможе розглянути цю «чорну діру». [6]
2.3 Зірки
Зірка - плазмовий кулю. У зірках зосереджена основна маса (98-99%) видимої речовини у відомій нам частині Всесвіту. Зірки - потужні джерела енергії. Зокрема, життя на Землі зобов'язана своїм існуванням енергії випромінювання Сонця.
Зірка - динамічна, спрямованим чином змінюється плазмова система. У ході життя зірки її хімічний склад і розподіл хімічних елементів значно змінюються. На пізніх стадіях розвитку зоряне речовина переходить в стан виродженого газу (у якому квантово-механічне вплив часток один на одного істотно позначається на його фізичні властивості - тиску, теплоємності та ін), а іноді і нейтронного речовини (пульсари - нейтронні зірки, барстери - джерела рентгенівського випромінювання та ін.) [7]
Зірки народжуються з космічного речовини в результаті його конденсації під дією гравітаційних, магнітних та інших сил. Під впливом сил всесвітнього тяжіння з газової хмари утворюється щільний шар - протозірка, еволюція якої проходить три етапи.
Перший етап еволюції пов'язаний з відокремленням та ущільненням космічної речовини. Другий являє собою стрімке стиснення протозірки. У якийсь момент тиск газу усередині протозірки зростає, що уповільнює процес її стискування, проте температура у внутрішніх областях поки залишається недостатньою для початку термоядерної реакції. На третьому етапі протозірка продовжує стискуватися, а її температура - підвищуватися, що приводить до початку термоядерної реакції. Тиск газу, що випливає з зірки, врівноважується силою тяжіння, і газова куля перестає стискатися. Утворюється рівноважний об'єкт - зірка. Така зірка є саморегулюючим системою. Якщо температура всередині не підвищується, то зірка роздувається. У свою чергу, остигання зірки призводить до її подальшого стиснення і розігрівання, ядерні реакції в ній прискорюються. Таким чином, температурний баланс виявляється відновлений. Процес перетворення протозірки в зірку розтягується на мільйони років, що порівняно небагато за космічними масштабами.
Народження зірок в галактиках відбувається безперервно. Цей процес компенсує також безперервно відбувається смерть зірок. Тому галактики складаються зі старих і молодих зірок. Найстаріші зірки зосереджені в кульових скупченнях, їх вік порівняний з віком галактики. Ці зірки формувалися, коли про-тогалактіческое хмара розпадалося на все більш дрібні згустки. Молоді зірки (вік близько 100 тис. років) існують за рахунок енергії гравітаційного стиснення, яка розігріває центральну область зірки до температури 10-15 млн. До і «запускає» термоядерну реакцію перетворення водню в гелій. Саме термоядерна реакція є джерелом власного світіння зірок.
З моменту початку термоядерної реакції, що перетворює водень в гелій, зірка типу нашого Сонця переходить на так звану головну послідовність, відповідно до якої будуть змінюватися з плином часу характеристики зірки: її світність, температура, радіус, хімічний склад і маса. Після вигоряння водню в центральній зоні у зірки утворюється гелиевое ядро. Водневі термоядерні реакції продовжують протікати, але тільки в тонкому шарі поблизу поверхні цього ядра. Ядерні реакції переміщуються на периферію зірки. Вигоріле ядро ​​починає стискатися, а зовнішня оболонка - розширюватися. Оболонка розбухає до колосальних розмірів, зовнішня температура стає низькою, і зірка переходить у стадію червоного гіганта. З цього моменту зірка виходить на завершальний етап свого життя. Наше Сонце це чекає приблизно через 8 млрд. років. При цьому його розміри збільшаться до орбіти Меркурія, а може бути, і до орбіти Землі, так що від планет земної групи нічого не залишиться (або залишаться оплавлені камені).
Для червоного гіганта характерна низька зовнішня, але дуже висока внутрішня температура. При цьому в термоядерні процеси включаються все більш важкі ядра, що призводить до синтезу хімічних елементів і безперервного втрати червоним гігантом речовини, що викидається в міжзоряний простір. Так, тільки за один рік Сонце, перебуваючи в стадії червоного гіганта, може втратити одну мільйонну частину своєї ваги. Всього за десять - сто тисяч років від червоного гіганта залишається лише центральний гелиевое ядро, і зірка стає білим карликом. Таким чином, білий карлик як би визріває всередині червоного гіганта, а потім скидає залишки оболонки, поверхневих шарів, які утворюють планетарну туманність, навколишнє зірку.
Білі карлики невеликі за своїми розмірами - їх діаметр навіть менше діаметра Землі, хоча їх маса порівнянна з сонячною. Щільність такої зірки в мільярди разів більше щільності води. Кубічний сантиметр його речовини важить більше тонни. Тим не менш, ця речовина є газом, хоча і жахливої ​​щільності. Речовина, з якої складається білий карлик, - дуже щільний іонізований газ, що складається з ядер атомів і окремих електронів.
У білих карликів термоядерні реакції практично не йдуть, вони можливі лише в атмосфері цих зірок, куди потрапляє водень з міжзоряного середовища. В основному ці зірки світять за рахунок величезних запасів теплової енергії. Час їх охолодження - сотні мільйонів років. Поступово білий карлик остигає, колір його змінюється від білого до жовтого, а потім - до червоного. Нарешті, він перетворюється в чорний карлик - мертву холодну маленьку зірку розміром з земну кулю, який неможливо побачити з іншої планетної системи.
Трохи інакше розвиваються більш масивні зірки. Вони живуть всього декілька десятків мільйонів років. У них дуже швидко вигорає водень, і вони перетворюються в червоні гіганти всього за 2,5 млн. років. При цьому в їх гелієвій ядрі температура підвищується до декількох сотень мільйонів градусів. Така температура дає можливість для протікання реакцій вуглецевого циклу (злиття ядер гелію, що приводить до утворення вуглецю). Ядро вуглецю, у свою чергу, може приєднати ще одне ядро ​​гелію і утворити ядро ​​кисню, неону і т.д. аж до кремнію. Вигоряючої ядро ​​зірки стискається, і температура в ньому піднімається до 3-10 млрд. градусів. У таких умовах реакції об'єднання тривають аж до утворення ядер заліза - самого стійкого у всій послідовності хімічного елемента. Більш важкі хімічні елементи - від заліза до вісмуту також утворюються в надрах червоних гігантів, в процесі повільного захоплення нейтронів. При цьому енергія не виділяється, як при термоядерних реакціях, а, навпаки, поглинається. У результаті стиснення зірки все прискорюється.
Освіта ж найбільш важких ядер, що замикає таблицю Менделєєва, імовірно відбувається в оболонках вибухаючих зірок, при їх перетворенні у нові або наднові зірки, якими стають деякі червоні гіганти. У зашлакованому зірку порушується рівновага, електронний газ більше не здатний протистояти тиску ядерного газу. Наступає колапс - катастрофічне стиск зірки, вона «вибухає всередину». Але якщо відштовхування частинок або які-небудь інші причини все ж зупиняють цей колапс, відбувається потужний вибух - спалах наднової зірки. Одночасно при цьому в навколишній простір скидається не тільки оболонка зірки, але і до 90% її маси, що призводить до утворення газових туманностей. При цьому світність зірки збільшується в мільярди разів. Так, був зафіксований вибух наднової зірки в 1054 р. У китайських літописах було записано, що вона видно вдень, як Венера, протягом 23 днів. У наш час астрономи з'ясували, що ця наднова зірка залишила після себе Крабовидную туманність, що є потужним джерелом радіовипромінювання.
Вибух наднової зірки супроводжується виділенням величезної кількості енергії. При цьому народжуються космічні промені, набагато підвищують природний радіаційний фон і нормальні дози космічного випромінювання. Так, астрофізики підрахували, що приблизно раз на 10 млн. років наднові зірки спалахують в безпосередній близькості від Сонця, підвищуючи природний фон у 7 тисяч разів. Це загрожує серйозними мутаціями живих організмів на Землі. Крім того, при вибуху наднових йде скидання всієї зовнішньої оболонки зірки разом з накопиченими в ній «шлаками» - хімічними елементами, результатами діяльності нуклеосинтезу. Тому міжзоряне середовище порівняно швидко знаходить всі відомі на сьогоднішній день хімічні елементи важче гелію. Зірки наступних поколінь, в тому числі і Сонце, з самого початку містять у своєму складі і в складі навколишнього їх газопилової хмари домішка важких елементів. [8]
2.4 Сонячна система
Сонячна система являє собою систему «зірка - планети». У нашій Галактиці приблизно 200 млрд зірок, серед яких, як вважають фахівці, деякі зірки мають планети. У Сонячну систему входить центральне тіло, Сонце, і дев'ять планет з їхніми супутниками (відомо більше 60 супутників). Діаметр Сонячної системи - понад 11,7 млрд км.
На початку XXI ст. в Сонячній системі виявлено об'єкт, який астрономи назвали Седна (ім'я ескімоської богині океану). Седна має діаметр в 2000 км. Один її оборот навколо Сонця становить 10 500 земних років.
Деякі астрономи називають цей об'єкт планетою Сонячної системи. Інші астрономи називають планетами тільки космічні об'єкти, що мають центральне ядро ​​з відносно високою температурою. Наприклад, температура в центрі Юпітера, за розрахунками, досягає 20 000 К. Оскільки в даний час Седна знаходиться на відстані близько 13 млрд км від центру Сонячної системи, то інформація про цей об'єкт досить мізерна. У самій далекій точці орбіти відстань від Седни до Сонця досягає величезної величини - 130 млрд км.
У нашу зоряну систему входять два пояси малих планет (астероїдів). Перший знаходиться між Марсом і Юпітером (містить понад 1 млн астероїдів), другий - за орбітою планети Нептун. Деякі астероїди мають діаметр понад 1000 км. Зовнішні межі Сонячної системи оточені так званим хмарою Оорта, назване по імені нідерландського астронома, який висловив в минулому столітті гіпотезу про існування цієї хмари. Як вважають астрономи, найближчий до Сонячної системи край цієї хмари складається з крижинок води й метану (ядер комет), які, подібно найдрібніших планет, обертаються навколо Сонця під дією його сили тяжіння на відстані понад 12 млрд км. Кількість подібних мініатюрних планет обчислюється мільярдами.
У літературі часто зустрічається гіпотеза про зірку-супутнику Сонця Немезіда. (Немезіда в грец. Міфології є богинею, караючої за порушення моралі і законів). Деякі астрономи стверджують, що Немезіда знаходиться на відстані 25 трлн км від Сонця у найвіддаленішій точці своєї орбіти навколо Сонця і 5 трлн км - у найближчій точці її орбіти до Сонця. Як вважають ці астрономи, проходження Немезіди через хмару Оорта викликає катастрофи в Сонячній системі, оскільки небесні тіла з цієї хмари потрапляють в Сонячну систему. Астрономи з давніх часів цікавляться залишками тіл позаземного походження, метеоритами. Щодня, як стверджують дослідники, падає на Землю близько 500 позаземних тел. Більше 50% падаючих метеоритів - кам'яні метеорити, 4% - залізні та 5% - залізокам'яні. Серед кам'яних виділяють хондрити (від відповідного грец. Слова - кулька, зерно) і ахондрити. Інтерес до метеоритів пов'язаний з вивченням питання про походження Сонячної системи та походження життя на Землі.
Наша Сонячна система робить зі швидкістю 240 км / с повний оборот навколо центру Галактики за 230 млн років. Це називається галактичним роком. Крім цього, Сонячна система рухається разом з усіма об'єктами нашої Галактики зі швидкістю приблизно 600 км / с навколо деякого загального гравітаційного центру скупчення галактик. Це означає, що швидкість руху Землі відносно центру нашої галактики в кілька разів більше її швидкості щодо Сонця. Крім цього, Сонце обертається навколо своєї осі зі швидкістю 2 км / с. За своїм хімічним складом Сонце складається з водню (90%), гелію (7%) і важких хімічних елементів (2-3%). Тут вказуються приблизні цифри. По масі атом гелію майже в 4 рази більше маси атома водню.
Сонце - зірка спектрального класу G, що розташовується на головній послідовності зірок діаграми Герцшпрунга - Ресселла. Маса Сонця (2 · 1030 кг) складає практично 98,97% всієї маси Сонячної системи, на всі інші освіти в цій системі (планети і т. д.) припадає лише 2% загальної маси Сонячної системи. У сумарній масі усіх планет основну частку становить маса двох планет-гігантів, Юпітера й Сатурна, близько 412,45 земних мас, на решту доводиться всього лише 34 земних маси. Маса Землі-6 · 1024кг, 98% моменту кількості руху в Сонячній системі належить планет, а не Сонця. Сонце - це створений природою природний термоядерний реактор плазмовий, що має форму кулі з середньою щільністю 1,41 кг/м3. Це означає, що середня щільність на Сонце трохи більше щільності звичайної на нашій Землі води. Світність Сонця (L) дорівнює приблизно 3,86 • 1033ерг / с. Радіус Сонця становить округлено 700 тис. км. Таким чином, два радіуса Сонця (діаметр) в 109 разів більше земного. Прискорення вільного падіння на Сонце - 274 м / с 2, на Землі - 9,8 м / с 2. Це означає, що друга космічна швидкість для подолання сили тяжіння Сонця дорівнює 700 км / с, для Землі - 11,2 км / с.
Плазма - це фізичний стан, коли ядра атомів окремо співіснують з електронами. У листковому газоплазмове освіті під дією сили гравітації відбуваються суттєві відхилення від середніх значень температури, тиску і т. д. в кожному шарі Сонця.
Термоядерні реакції йдуть усередині Сонця в кульовій області з радіусом 230 тис. км. У центрі цієї області температура близько 20 млн К. Вона знижується до кордонів цієї зони до 10 млн К. Наступна кульова область з протяжністю 280 тис. км має температуру 5 млн К. У цій області термоядерні реакції не йдуть, оскільки гранична для них температура в 10 млн К. Цю область називають областю перенесення променистої енергії, що йде зсередини попередньої області. За цією областю слід область конвекції (лат. convectio - привезення, перенесення). В області конвекції температура сягає 2 млн К.
Конвекція - це фізичний процес переносу енергії у формі тепла певної середовищем. Фізичні і хімічні властивості конвективної середовища можуть бути різними: рідина, газ і т. д. Властивості цього середовища визначають швидкість процесу перенесення енергії у формі тепла в наступну область Сонця. Конвективна область або зона має на Сонці протяжність приблизно 150-200 тис. км.
Швидкість руху в конвективної середовищі порівнянна зі швидкістю звуку (300 м / с). Величина цієї швидкості відіграє велику роль у відведенні тепла з надр Сонця в його наступні області (зони) і в космос.
Сонце не вибухає в силу того, що швидкість горіння ядерного пального всередині Сонця помітно менше швидкості відводу тепла в конвективної зоні, навіть при дуже різких виділеннях енергії-маси. Конвективна зона в силу фізичних властивостей випереджає можливість вибуху: конвективна зона розширюється на кілька хвилин раніше можливого вибуху і тим самим переносить надлишок енергії-маси в наступний шар, область Сонця. У ядрі до конвективних зон Сонця щільність маси досягається великою кількістю легких елементів (водню і гелію). У конвективної зоні відбувається процес рекомбінації (освіти) атомів, тим самим збільшується молекулярна маса газу в конвективної зоні. Рекомбінація (лат. recombinare - з'єднувати) походить із остигаючого речовини плазми, що забезпечує термоядерні реакції всередині Сонця. Тиск у центрі Сонця дорівнює 100 г/см3.
На поверхні Сонця температура досягає приблизно 6000 К. Таким чином, температура від конвективної зони падає до 1 млн К і досягає 6000 К на рівні повного радіусу Сонця.
Світло - це електромагнітні хвилі різної довжини. Область Сонця, де виникає світло, називається фотосферою (грец. Фотос - світло). Область над фотосферою називається хромосферою (від грец. - Колір). Фотосфера займає 200-300 км (0,001 радіуса Сонця). Щільність фотосфери 10-9 - 10-6 г/см3, температура фотосфери убуває від її нижнього шару вгору до 4,5 тис. К. У фотосфері виникають сонячні плями й смолоскипи. Зниження температури у фотосфері, тобто в нижньому шарі атмосфери Сонця, досить типове явище. Наступний шар - це хромосфера, його протяжність дорівнює 7-8 тис.км. У цьому шарі температура починає зростати до 300 тис, К. Наступний атмосферне шар - сонячна корона - у ній температура вже сягає 1,5-2 млн К. Сонячна корона поширюється на кілька десятків радіусів Сонця і потім розсіюється в міжпланетному просторі. Ефект збільшення температури в сонячній короні Сонця пов'язують з таким явищем, як «сонячний вітер». Це - газ, який утворює сонячну корону, складається в основному з протонів і електронів, швидкість яких збільшується згідно з однією з точок зору, так званими хвилями світловий активності із зони конвекції, розігріваючими корону. Кожну секунду Сонце втрачає 1 / 100 частину своєї маси, тобто приблизно 4 млн τ за секунду. «Розставання» Сонця зі своєю енергією, масою проявляється у формі тепла, електромагнітного випромінювання, сонячного вітру. Чим далі від Сонця, тим менше друга космічна швидкість, необхідна для виходу частинок, що утворюють «сонячний вітер», з поля тяжіння Сонця. На відстані Земної орбіти (150 млн км) швидкість частинок сонячного вітру досягає 400 м / с. Серед безлічі проблем дослідження Сонця важливе місце займає проблема сонячної активності, з якою пов'язаний ряд таких явищ, як сонячні плями, активність магнітного поля Сонця і сонячна радіація. Сонячні плями утворюються в фотосфері. Середнє річне число сонячних плям вимірюється 11-річним періодом. По протяжності вони можуть досягати в поперечнику до 200 тис. км. Температура сонячних плям нижче, ніж температура фотосфери, в якій вони утворюються, на 1-2 тис. К, тобто 4500 К і нижче. Тому вони виглядають темними. Поява сонячних плям пов'язують зі зміною магнітного поля Сонця. У сонячних плямах напруженість магнітного поля значно вище, ніж в інших областях фотосфери.
Дві точки зору в поясненні магнітного поля Сонця:
1. Магнітне поле Сонця виникло в процесі утворення Сонця. Оскільки магнітне поле упорядковує процес викиду енергії-маси Сонця в навколишнє середовище, то згідно цієї позиції 11-річний цикл появи плям не є закономірністю. У 1890 р. директор Грінвіцької обсерваторії (заснована в 1675 р. у передмісті Лондона) Е. Маудер зауважив, що з 1645 по 1715 р. немає згадок про 11-літніх циклах. Грінвіцький меридіан - це нульовий меридіан, від якого ведеться відлік довгот на Землі.
2. Друга точка зору являє Сонце як якусь динамо-машину, в якій електрично заряджені частинки, що входять в плазму, створюють потужне магнітне поле, різко зростаюче через 11-річні цикли. Існує гіпотеза про особливі космічних умовах, в яких знаходиться Сонце і Сонячна система. Мова йде про так званому коротаціонном колі (англ. corotation - спільне обертання). У коротаціонном колі на певному його радіусі, згідно з деякими дослідженнями, відбувається синхронне обертання спіральних рукавів і самої Галактики, що створює особливі фізичні умови для руху структур, що входять в це коло, де знаходиться і Сонячна система.
У сучасній науці розвивається точка зору про тісний зв'язок процесів, що відбуваються на Сонці, з життям людини на Землі. Наш співвітчизник А. Л. Чижевський (1897-1964) є одним з основоположників геліобіології, що вивчає вплив енергії Сонця на розвиток живих організмів і людини. Наприклад, дослідники звернули увагу на тимчасові збіги великих подій у соціальному житті людини з періодами спалахів сонячної активності. У минулому столітті максимум активності Сонця припадав на 1905-1907, 1917, 1928, 1938, 1947, 1968, 1979 і 1990-1991 рр..
Походження Сонячної системи. Походження Сонячної системи з газопилової хмари міжзоряного середовища (МЗС) є найбільш визнаною концепцією. Висловлюється думка, що маса вихідного для утворення Сонячної системи хмари була рівна 10 мас Сонця. У цій хмарі вирішальним був хімічний його склад (близько 70% становив водень, близько 30% - гелій і 1-2% - важкі хімічні елементи). Приблизно 5 млрд років тому з цієї хмари утворилася щільне згущення, назване протосонячній диском. Як вважають, вибух наднової зірки в нашій Галактиці надав цьому хмарі динамічний імпульс обертання і фрагментації: утворилися протозірка і протопланетний диск. Відповідно до цієї концепції процес утворення протосонця і протопланетного диска відбувався швидко, за 1 млн років, що призвело до зосередження всієї енергії-маси майбутньої зоряної системи в її центральному тілі, а момент кількості руху - в протопланетному диску, в майбутніх планетах. Вважається, що еволюція протопланетного диска відбувалася за 1 млн років. Йшов злипання частинок в центральній площині цього диску, яке в подальшому призвело до утворення згущень частинок, спочатку невеликих, потім - більш великих тіл, які геологи називають планетеземалеямі. З них, як вважають, утворилися майбутні планети. Ця концепція грунтується на результатах комп'ютерних моделей. Є й інші концепції. Наприклад, в одній з них йдеться, що на народження Сонця-зірки знадобилося 100 млн років, коли в прото Сонце виникла реакція термоядерного синтезу. Відповідно до цієї концепції планети Сонячної системи, зокрема земної групи, виникли за ті ж 100 млн років, з маси, що залишилася після утворення Сонця. Частина цієї маси була утримана Сонцем, інша - розчинилася в міжзоряному просторі.
У січні 2004 р. було повідомлення в зарубіжних виданнях про відкриття в сузір'ї Скорпіона зірки, за розмірами, світності і масі подібної до Сонця. Астрономів цікавить в даний час питання: чи є у цієї зірки планети?
Існує кілька загадок у вивченні Сонячної системи.
1. Гармонія в русі планет. Всі планети Сонячної системи обертаються навколо Сонця по еліптичним орбітам. Рух усіх планет Сонячної системи відбувається в одній і тій же площині, центр якої розташований в центральній частині екваторіальній площині Сонця. Площина, утворена орбітами планет, називається площиною екліптики.
2. Усі планети й Сонце обертаються навколо власної осі. Осі обертання Сонця і планет, за винятком планети Уран, спрямовані, грубо кажучи, перпендикулярно площини екліптики. Вісь Урана спрямована до площини екліптики майже паралельно, тобто він обертається лежачи на боці. Ще його одна особливість - він обертається навколо своєї осі в іншому напрямку, як і Венера, на відміну від Сонця та інших планет. Всі інші планети і Сонце обертаються проти напрямку руху стрілки годинника. Уран має 15 супутників.
3. Між орбітами Марса і Юпітера існує пояс малих планет. Це так званий астероїдний пояс. Малі планети мають у діаметрі від 1 до 1000 км. Їх загальна маса менше 1 / 700 маси Землі.
4. Усі планети діляться на дві групи (земну і неземну). Перші - це планети з високою щільністю, в їх хімічному складі головне місце займають важкі хімічні елементи. Вони невеликі за розмірами і повільно обертаються навколо своєї осі. До цієї групи належать Меркурій, Венера, Земля і Марс. В даний час висловлюються припущення про те, що Венера - це минуле Землі, а Марс - її майбутнє.
До другої групи належать: Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон. Вони складаються з легких хімічних елементів, швидко обертаються навколо своєї осі, повільно обертаються навколо Сонця і отримують менше променистої енергії від Сонця. Нижче (в таблиці) наводяться дані про середню температуру поверхні планет за шкалою Цельсія, тривалості дня і ночі, тривалості року, діаметрі планет Сонячної системи і маси планети по відношенню до маси Землі (прийнятої за 1).
Відстань між орбітами планет приблизно подвоюється при переході від кожної з них до наступної. Це було відзначено ще в 1772 р. астрономами І. Тіциусом та І. Боде, звідси з'явилася назва «Правило Тициуса - Боді», дотримуване в розташуванні планет. Якщо прийняти відстань Землі до Сонця (150 млн км) за одну астрономічну одиницю, то виходить таке розташування планет від Сонця за цим правилом:
Меркурій
- 0,4 а. е.
Венера
- 0,7 а. е.
Земля
- 1 а. е.
Марс
- 1,6 а. е.
Астероїди
- 2,8 а. е.
Юпітер
- 5,2 а. е.
Сатурн
- 10,0 а. е.
Уран
- 19,6 а. е.
Нептун
- 38,8 а. е.
Плутон
- 77,2 а. е.
Таблиця. Дані про планети Сонячної системи
Таблиця. Дані про планети Сонячної системи Планета
Середня температура на поверхні за шкалою Цельсія
Тривалість дня і ночі
Тривалість року
Діаметр, км
Маса (по відношенню до земної прийнятої за 1)
Щільність,
г/см3
Склад атмосфери
Меркурій
90
58,65 дн.
87,96 дн.
4878
0,04
5,42
Н, Не
Венера
462
243,01 дн.
224,70 дн.
12101
0,81
5,11
СO2, N
Земля
14
23,93 год
365,25 дн.
12756
1,00
5,52
N, О, СО2, Ar
Марс
-60
24,63 год
686,68 дн.
6787
0,11
3,95
N, CO2, Ar
Юпітер
-150
9,90 год
11,86 г
142984
316,94
1,33
Η, ΝΗ3, СН4
Сатурн
-180
10,67 год
23,46 р.
120536
94,9
0,69
NH3, CH4
Уран
-210
17,90 год
84,02 р.
51118
14,66
1,56
СН4
Нептун
-220
19,2 год
164,77 р.
49528
17,16
2,27
Η, Не, СН4
Плутон
-230
6,39 дн.
247,69 р.
2300
0,7
4,00
CH4, N
При розгляді істинних відстаней планет до Сонця виявляється, що Плутон у деякі періоди знаходиться ближче до Сонця, ніж Нептун, і, отже, він змінює свій порядковий номер за правилом Тициуса - Боді.
Загадка планети Венера. У древніх астрономічних джерелах віком у 3,5 тис. років (китайські, вавилонські, індійські) немає згадок про Венеру. Американський вчений І. Великовський в книзі «Чи стикалися світи», що з'явилася в 50-х рр.. ХХ ст., Висловив гіпотезу про те, що планета Венера зайняла своє місце всього лише недавно, у період формування древніх цивілізацій. Приблизно раз у 52 роки Венера наближається близьке до Землі, на відстані 39 млн км. У період великого протистояння, кожні 175 років, коли всі планети шикуються один за одним в одному напрямку, на відстань 55 млн км Марс наближається до Землі.
Астрономи користуються сидеричним часом для спостереження положення зірок та інших об'єктів неба, оскільки вони з'являються в нічному небі в один і той же сидеричні час. Сонячне час - час, вимірюваний відносно Сонця. Коли Земля де. гавкає повний оборот навколо своєї осі відносно Сонця, проходять одну добу. Якщо ж оборот Землі розглядати щодо зірок, то за цей оборот Земля зрушиться по своїй орбіті на 1 / 365 частина шляху навколо Сонця, тобто на 3 хв 56 с. Цей час називається сидеричним (лат. siederis - зірка). [9]

Висновок
Після Великого вибуху утворилася речовина і електромагнітне поле були розсіяні і представляли собою газопилову хмара та електромагнітний фон. Через I млрд. років після початку утворення Всесвіту стали з'являтися галактики і зірки. До цього часу речовина вже встигло охолонути, і в ньому стали виникати стабільні флуктуації щільності, рівномірно заповнювали космос. У сформувалася матеріальної середовищі з'являлися і отримували розвиток випадкові ущільнення речовини. Сили тяжіння всередині таких ущільнень проявляють себе помітніше, ніж за їх межами. Тому, незважаючи на загальне розширення Всесвіту, речовина в ущільненнях пригальмовується, а його щільність починає поступово зростати. Продовжуючи стискатися і втрачаючи при цьому енергію на випромінювання, ущільнивши речовина в результаті своєї еволюції перетворювалося на сучасні галактики. Поява подібних ущільнень і стало початком народження великомасштабних космічних структур - галактик, а потім і окремих зірок.
Розвиток сучасної астрономії постійно розширює знання про будову та об'єктах доступною для дослідження Всесвіту. Цим пояснюється розходження даних про кількість зірок, галактик та інших об'єктах, які наводяться в літературі.
Відкрито кілька десятків планет, що знаходяться в нашій Галактиці і поза нею.
Відкриття Седни як 10-ї планети Сонячної системи істотно змінює наші уявлення про розміри Сонячної системи та її взаємодії з іншими об'єктами нашої Галактики.
В цілому слід сказати, що астрономія лише з другої половини минулого століття стала вивчати найвіддаленіші об'єкти Всесвіту на основі більш сучасних засобів спостереження і дослідження.
Сучасну астрономію цікавить пояснення спостережуваного ефекту руху (дрейфу) значних мас речовини з великою швидкістю відносно реліктового випромінювання. Мова йде про так званої Великої стіни. Це гігантське скупчення галактик, що знаходиться на відстані 500 млн світлових років від нашої Галактики. На жаль, у вивченні космосу знову проявляються військові інтереси низки країн. Наприклад, космічна програма США.

Список використаної літератури
1. Дубніщева Т.Я. Концепції сучасного природознавства: навч. посібник для студ. вузів / Тетяна Яківна Дубніщева. - 6-е вид., Испр. і доп. - М.: Видавничий центр «Академія», 2006. - 608 с.
2. Ліхіна А. Ф. Концепції сучасного природознавства: навч. - ТК Велбі, Вид-во Проспект, 2006. - 264 с.
3. Найдиш В.М. Концепції сучасного природознавства: Підручник. - Вид. 2-е, перероб. і доп. - М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004. - 622 с.
4. Садохін, Олександр Петрович. Концепції сучасного природознавства: підручник для студентів вузів, які навчаються за гуманітарними спеціальностями та спеціальностями економіки і управління / А.П. Садохін. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. - 447 с.


[1] Найдиш В.М. Концепції сучасного природознавства: Підручник. - Вид. 2-е, перероб. і доп. - М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004. - 622 с. М; ИНФРА-М, 2004. - 622 с.
[2] Ліхіна А. Ф. Концепції сучасного природознавства: навч. - ТК Велбі, Вид-во Проспект, 2006. - 264 с.
[3] Дубніщева Т.Я. Концепції сучасного природознавства: навч. посібник для студ. вузів / Тетяна Яківна Дубніщева. - 6-е вид., Испр. і доп. - М.: Видавничий центр «Академія», 2006. - 608 с.
[4] Гігантські молекулярні хмари
[5] Міжзоряне середовище
[6] Ліхіна А. Ф. Концепції сучасного природознавства: навч. - ТК Велбі, Вид-во Проспект, 2006. - 264 с.
[7] Найдиш В.М. Концепції сучасного природознавства: Підручник. - Вид. 2-е, перероб. і доп. - М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004. - 622 с.
[8] Садохін, Олександр Петрович. Концепції сучасного природознавства: підручник для студентів вузів, які навчаються за гуманітарними спеціальностями та спеціальностями економіки і управління / А.П. Садохін. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. - 447 с.
[9] Ліхіна А. Ф. Концепції сучасного природознавства: навч. - ТК Велбі, Вид-во Проспект, 2006. - 264 с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Астрономія | Контрольна робота
123.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Будова всесвіту еволюція всесвіту
Структура знакового процесу Структура значення знака Типові логічні помилки
З життя всесвіту
Еволюція Всесвіту
Походження всесвіту 2
Походження Всесвіту
Концепція всесвіту
Еволюція Всесвіту
Походження всесвіту 2
© Усі права захищені
написати до нас