Міністерство вищої та середньої спеціальної освіти республіки Узбекистан
Ташкентський державний
Технічний Університет імені Абу Райхана Берун
Тема: Вселленная, Галактика і Сонячна система.
Виконав: студент ІЕФгрупи 1-01 МН (У)
Домлатжанов Умід
ТАШКЕНТ - 2002
Протягом останніх триста років, починаючи від Рене Декарта (1596-1650),було висловлено кілька десятків космогонічних гіпотез, в якихрозглянуто найрізноманітніші варіанти ранньої історії Сонячної системи.
Говорячи про далекі об'єкти Всесвіту, астрономи зазвичай скаржаться, що підбагатьох випадках є занадто мало даних, щоб висвітлити розвитокоб'єктів. Тут же можна сказати, що все йде як раз навпаки - данихзанадто багато.
Історично першою гіпотезою про походження планет була гіпотеза Декарта
(1644 р.). Декарт припустив, що всі світові простору заповненовсепроніцающей рідиною, частинки якої знаходяться в віхреобразномрусі. Кожна планета, за Декарту, як соломинка у вирі, рухаєтьсяу власному вирі. Так само він пояснював і рух планет по орбітах.
«Оновлену» теорію вихорів використовував у планетної космогонії. Тер Хаар
(1938 р.) і К. Вейцзекер.
У 1745 р. французький вчений Бюффон висловив припущення, що планетиутворилися з речовини, викинутого із Сонця при його зустрічі з кометою.
Гіпотеза «зустрічі» Сонця з іншим небесним тілом - зіркою користуваласяпопулярністю в багатьох учених від Бікертона (1878 р.) до Джинса (1916 р.).
Німецький філософ І. Кант (1724-1804) в своїй книзі «Загальна природнаісторія та теорія неба »(1755 р.) розвив гіпотезу, відповідно до якої на початкусвітовий простір був заповнений матерією, що знаходиться в станіпервісного хаосу. Під дією двох сил - притягання і відштовхування --матерія з часом переходила в більш організовані форми. Сонце інавколишні його планети утворилися в результаті злипання пилинокпервинної речовини.
Зовсім інша гіпотеза була викладена в книзі французького вченого
Лапласа «Виклад системи світу», яка вийшла в світ у 1796 р. За
Лапласа, на ранній стадії свого розвитку Сонце являло собоювеличезну повільно обертається розпечену туманність. Під дією Силитяжкості протосолнце стискалося, а швидкість його обертання все збільшувалася,тому воно набувало сплюснений форму. І як тільки на екваторі силатяжкості врівноважувалася відцентрової силою, від протосолнца відокремлювалосягігантське кільце, яке в подальшому охолоджувалося і розривалось наокремі згустки. З них нібито і формувалася планета. Такий відривкілець від протосолнца, по Лапласа, відбувався кілька разів. Аналогічнимшляхом нібито утворилися і супутники планет.
У 1935 р. Г. Рессела припустив, що Сонце було подвійною зіркою. Одна зкомпонент ніби-то була розірвана зустрічній зіркою і утворила волокно,з якого пізніше сформувалися планети. Рік, через Літлон припустив,що Сонце було потрійний зіркою. Дві з них нібито зіткнулися івіддалилися в міжзоряний простір, залишаючи «будівельний матеріал». У
1944 Ф. Хойл висловив припущення, що Сонце свого часу булоподвійною зіркою, причому одна з них спалахнула як наднова, скинулагазову оболонку і залишила систему.
Загалом, кажучи гіпотез, було не мало, але насправді сучаснагіпотеза говорить про те, що планети і Сонце утворилися з одного і тогож газопилового хмари. Передбачається що близько п'яти мільярдів років томув протяжності газопилової хмарі, пронизаному магнітними лініями,утворилися згущення - протосолнце, що повільно стискалося. Іншачастина хмари з масою приблизно в десять разів менше цієї, повільно оберталосянавколо нього. У результаті поступово сплющувався і розігрівалася. Такнавколо протосолнца утворився протяжний диск, пронизаний магнітнимисиловими лініями. У значній його частині відбувалося інтенсивнеконвективно-турбулентний перемішування речовини. Це сприялошвидкого переносу енергії, що звільняється при гравітаційному стисненніхмари, на нескінченність. У результаті цього газопилової диск істотноохолоджувався.
Під дією світлового тиску легкі хімічні елементи водень ігелій «вимітали» із близьких околиць Сонця. І, навпаки, потрапляючи напилинки, світлові промені гальмували їхній рух навколо Сонця. При цьомупилові частинки втрачали свій орбітальний момент кількості руху танаближалися до Сонця. Цей механізм гальмування «працює» навіть у випадку,якщо розміри частки досягають декількох метрів. В остаточному підсумку це іпризвело до істотного відмінності в хімічному складі планет, їх розподілуна дві групи.
Після досягнення «критичної» щільності пиловий диск, у відповідність зкритерієм гравітаційної нестійкості, розпадався на окремі згущення.
Далі в результаті взаємних зіткнень відбувалося злипання окремихпороху та освіта твердих тіл, для яких американський біолог Т.
Чемберлен ще в 1901 р. ввів назву «планетезімалі».
За оцінками В. С. Сафронова, перетворення системи згущення пилу в рійтвердих тіл тривало всього 10000 років на відстані Землі від Сонця іблизько 1000000 років на відстані Юпітера. При цьому маса планетезімалій вобласті планет земної групи була значна менше, ніж в областіпланетегігантов.
Весь цей час протосолнце виявляло дуже високу активність. При потужнихспалахи воно викидало потоки заражених частинок, які, рухаючись уздовжмагнітних силових ліній, переносили момент кількості руху від Сонця допротопланетної хмари. Крім того, завдяки зіткненьвисокоенергічних, легких частинок (протонів і нейтронів) з речовиноюпротопланетної хмари, відбувалися певні ядерні реакції. Саметаким шляхом і утворився великий надлишок легких хімічних елементів --літію, берилію і бору, яких у земній корі і метеоритах значнобільше, ніж в атмосфері Сонця.
В результаті взаємних зіткнень планетезімалій відбувалося зростання одних ідроблення інших. З часом орбіти найбільших з них наближалися докругових орбітах, а самі вони перетворювалися на зародки планет, об'єднуючи всінавколишній речовина. Розрахунки показують, що зростання Землі до сучаснихрозмірів тривав всього 100 млрд. років.
Випадання окремих згущення на Землю і її стиснення призвели до поступовогорозігріву її надр. На момент сформування Землі температура в її центрі неперевищувала 800 К, на поверхні 300 К, а на глибині 300-500 км - близько 1500
К. З часом все більшу роль тут грали процеси радіоактивногорозпаду, при якому виділялося значна кількість енергії. УВнаслідок цього окремі області земних надр розігрілися до температуриплавлення. Настала тривала фаза гравітаційної диференціаціїречовини: Важкі хімічні елементи і з'єднання опускалися вниз, легкі
- Піднімалися вгору. Цей початковий етап формування земної коритривав близько 1 млрд. років.
На ранній стадії свого розвитку протоземля була оточена хмароюневеликих супутників, радіуси яких досягали 100 км. Згодом з нихна відстані близько 10 земних радіусів (60000 км) сформувалася Місяць.
Одночасно почалося її повільне видалення то Землі, яке продовжуєтьсяі тепер. Воно супроводжується зменшенням швидкості обертання Землі навколо їїосі.
І все ж таки вже зараз можна цілком впевнено говорити про те, що планети і
Сонце утворилися з одного газопилового хмари і що самі планетисформувалися з рою холодних і твердих тіл.
Немає на Землі людини, яка, вдивляючись у зоряне небо, невідчував би всієї його краси і величі, який не відчував би бажанняпізнати його таємниці.
Успіхи астрономії та космонавтики «наблизили» нас до зірок. Сьогоднікожен погляд людини в небо наповнюється конкретним змістом: десьтам через химерну мозаїку з яскравих зірок прокладає свій шляхчерговий пілотований космічний корабель, в іншому сузір'ї розташованийнайцікавіший пульсар, у третьому - не менш відома галактика абоквазар.
Зараз на зоряному небі виділено близько 100 сузір'їв. Вони мають точнозазначені на карті неба кордону. 235 зірок, крім літерних позначень,мають власні назви, які в переважній більшості випадківперейшли від арабських астрономів.
Спостерігаючи за річним переміщенням Сонця серед зірок, стародавні людинавчилися завчасно визначати настання того чи іншого часуроку. Вони поділяли смугу неба уздовж екліптики на 12 сузір'їв (Овен,
Телець, Близнюки, Рак, Лев, Діва, Терези, Скорпіон, Стрілець, Козеріг, Водолійі Риба), в кожному з яких Сонце знаходиться приблизно місяць. Як вжезазначалося, ці сузір'я були названі зодіакальними (строго кажучи,рухаючись від сузір'я, Скорпіон в сузір'я Стрільця Сонце проходить ічерез 13-те сузір'я - Змієносець !).
Ще за 2000 років до нашої ери стародавні спостерігачі помітили середзодіакальних сузір'їв п'ять особливих світил, які, постійно змінюючи своєположення на небі, переходять з одного зодіакального сузір'я в інше.
Згодом грецькі астрономи називали ці світила планетами, тобто
«Блукаючими». Це Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн, які зберегли всвоїх назвах до наших днів імена давньоримських богів. Місяць і Сонце тежвважалися блукаючими світилами.
Імовірно, пройшло багато століть, перш ніж древнім астрономам вдалосявстановити певні закономірності в русі планет і, перш за все,встановити проміжки часу, після закінчення яких положення планети нанебі по відношенню до Сонця повторюється. Цей проміжок часу пізніше бувназваний синодичним (від грецького сінодос - зближення) періодом зверненняпланети. Після цього можна було робити наступний крок - будувати загальну модельсвіту, в якій для кожної з планет було б відведене певне місце, ікористуючись якою можна було б заздалегідь передбачити положення планети накілька місяців або років вперед.
Поступово, століттями астрономія все ускладнювалася, і найперша людина,який заявив і написав, що Земля крутиться навколо Сонця, був великийпольський математик, фізик і астроном Микола Коперник (1473-1543). Вінстворив свій безсмертний твір - книгу «Про обертання небесних тіл», цимвін перший заснував геліоцентричну систему. Після дослідження Всесвіту здопомогою телескопів були початі Галілео Галілеєм (1564-1642) в 1602-1610 рр..
Телескоп Галілея були невеликими, один з кращих мав діаметр об'єктива
5,3 см і фокусна відстань 124,5 см. Але вже і з такими невеликимиінструментами був зроблений великий крок вперед у розкритті таємниць світобудови. Наповерхні Місяця Галілей виявив нерівності - гори, долини і кратери, вінвідкрив супутники Юпітера і фази Венери.
Довгий і кропітка шлях пройшла наука, перш ніж була встановленаструктура, яка нас оточує Всесвіту. Тільки на початку 20 століття булоостаточно доведено, що всі видимі на небі зорі утворюють відокремленузоряну систему - Галактику.
Поступово з'ясувалося, що зірки Чумацького Шляху - світлої сріблястоїсмуги, що оперізує все небо, складають основну частину нашої сильносплющеної системи - Галактики. Оскільки смуга Молочного Шляху оперізуютьнебо по великому кругу, то ми знаходимося поблизу його площини, якуназивають галактичної. Далі всього Галактика простягається вздовж цієїобласті. У перпендикулярному їй напрямку щільність зірок швидко падає,отже, Галактика в цьому напрямі простягається не так далеко.
Іноді невдало кажуть, що Чумацький Шлях - це і є наша Галактика.
Чумацький Шлях - це видиме нами на небі Світле кільце, а наша Галактика --це велетенський зоряний острів. Більшість її зір знаходиться в смузі
Чумацького Шляху, але ними вона не вичерпується. У Галактики входять зорі всіхсузір'їв. Підраховано, що число зірок 21-ї величини і всіх, більше яскравих навсім небі становить близько 2 * 10 ^ 9, але це лише невелика частина зоряного
«Населення» нашої зоряної системи - Галактики.
Розміри Галактики були намічені за розташуванням зірок, які видно навеликих відстанях. Це цефеїди і гарячі надгіганти. Діаметр Галактикиможна прийняти приблизно рівним 30000 пк, або 100000 світлових років, але чіткоїкордону в неї немає, оскільки зоряна густина в Галактиці поступово сходитьнанівець.
У центрі Галактики знаходиться ядро діаметром 1000 - 2000 пк - величезнеущільнене скупчення зірок. Воно розташоване від нас на відстані майже
10000 пк (30000 світлових років) у напрямку сузір'я Стрільця, але майжецілком приховано завісою хмар, що містять космічний пил.
До складу ядра Галактики входить багато червоних гігантів ікороткоперіодичні цефеїд. Зірки верхній частині головноїпослідовності, а особливо надгіганти і класичні цефеїди,складають більш молоде населення. Воно розташовується далі від центру іутворює порівняно тонкий шар, або диск. Серед зірок цього дискурозташована пилова матерія і хмари газу. Субкарлики й гіганти утворюютьнавколо ядра й диска Галактики сферичну систему.
Усі зірки Галактики обертаються навколо її центру. Кутова швидкістьзвернення зірок у внутрішній області Галактики приблизно однакова, азовнішні її частини обертаються повільніше. Цим звернення зірок у Галактицівідрізняється від обертання планет у Сонячній системі, де й кутова, ілінійна швидкості швидко зменшуються зі збільшенням радіуса орбіти. Цевідмінність пов'язана з тим, що ядро Галактики не переважає в ній за масою,як Сонце в Сонячній системі.
Сонячна система робить повний оберт навколо центру Галактикиприблизно за 200 млн. років із швидкістю близько 250 км/с. Напрямок, вякому рухається Сонячна система, називається апексом руху. Унапрямку апекса зірки в середньому наближаються до нас зі швидкістю 20км/с, а в протилежному напрямку, з такою ж швидкістю в середньомувіддаляються від нас. Отже, Сонячна система рухається в напрямі сузір'їв
Ліри і Геркулеса зі швидкістю 20 км/с по відношенню до сусідніх зірок.
Зірки, близькі один до одного на небі, у просторі можуть бутирозташовані далеко одна від одної і рухатися з різними швидкостями.
Тому після закінчення тисячоліть вигляд сузір'їв має сильно змінюватисявнаслідок власних рухів зірок.
Астрономи знайшли безліч гігантських зоряних систем за межами нашої
Галактики, їм дали загальне назва галактик на відміну від нашої
Галактики. За своїм зовнішнім виглядом галактики поділяються на спіральні,неправильні й еліптичні. Більшість спостережуваних галактик спіральні.
Наша Галактика і P у сузір'ї Андромеди належать до числаспіральних галактик дуже великого розміру. Усі спіральні галактикиобертаються з періодами в кілька сотень мільйонів років. Маси їх становлять
10 ^ 10 - 10 ^ 11 мас Сонця.
Гілки спіральних галактик, як і в нашої Галактики, складаються з гарячихзірок, цефеїд, надгігантів, розсіяних зоряних скупчень і газовихтуманностей. Галактики випромінюють радіохвилі. Радіовипромінювання виходить віднейтрального водню на довжині хвилі 21 см, а також від ионизованногогарячого водню в світлих туманностях. Нейтрального водню в нихміститься до 10% від маси галактики. Є в галактиках і пил. Їїприсутність особливо добре помітно в тих з них, які повернуті до насребром, тому схожі на веретено або сочевицю. Уздовж галактичноїплощини в них проходить темна смуга - скупчення пилових туманностей.
Під час експедиції Магеллана в 16 столітті спостерігаються в південній півкулінеба два великих зоряних хмари назвали Великим і Малим Магеллановою
Хмарами. Ці галактики на їхню безформною виду відносять до типунеправильних. Вони є супутниками нашої Галактики. Відстань до нихблизько 150000 світлових років. Їх зоряний склад такий самий, як і у гілокспіральних галактик, а ядра немає. Неправильні галактики значно меншеспіральних і зустрічаються рідко.
Еліптичні галактики спостерігаються часто. За виглядом вони схожі на кульовізоряні скупчення, але набагато більше їх за розмірами. Вони обертаються вкрайповільно і тому слабо сплюснений на відміну від швидко обертаютьсяспіральних галактик. Еліптичні галактики не містять ані зірок -надгігантів, ні дифузних туманностей.
Різноманітні і світності галактик.
У гігантських галактик абсолютна зоряна величина близько - 21. Існуютьгалактики-карлики, в тисячі разів слабші з абсолютною зоряноювеличиною близько - 13.
Деякі галактики виділяються серед інших особливо потужним синхротрономрадіовипромінювання, яке виникає при взаємодії?? дуже швидкихелектронів з магнітним полем. Їх назвали радіогалактиками. Найчастіше вонимають два вогнища радіовипромінювання, розташовані по обидва боки галактики. Вонивиникли в результаті активності ядер галактик, що викидають впротилежні боки швидкі потоки речовини.
На місці деяких радіоджерела на небі знайшли об'єкти, відрізнити нафотографіях від дуже неяскравих зірок. Але як показали особливості їхвипромінювання, ці об'єкти не можуть бути зірками. У їхньому спектрі є яскравілінії із значним червоним зміщенням. У деяких випадках це лініїгазу, зазвичай спостерігаються в ультрафіолетової області спектру, зміщені вйого видиму частину. Вигляд їх таке велике, що йому відповідаютьвідстані в мільярди світлових років. Ці об'єкти, названі квазізвездамі
(звездоподобнимі) джерелами радіовипромінювання або квазарами, є найбільшдалекими небесними тілами, відстані до яких вдалося визначити.
Найяскравіший з квазарів виглядає як зірка 13-ї зоряної величини, але засвітності деякі квазари в сотні разів яскравішими, ніж гігантські галактики.
Залишається неясним походження колоссольних потоків енергії, що випромінюють нимив оптичному і радіодіапазоні. Спостереження свідчать, що квазариподібні за своєю природою з активними ядрами дуже далеких зоряних систем.
Галактики, бувають подвійними, кратними, утворюють групи і скупчення.
Більшість галактик зосереджено в скупченнях. Скупчення галактик, буваютьрозсіяними і шароподібним і містять десятки, іноді тисячі членів.
Найближче до нас скупчення галактик і містять десятки, іноді тисячічленів. Найближче до нас скупчення галактик знаходиться в сузір'ї Діви навідстані близько 20 млн. пк.
В останні роки було виявлено, що в просторовому розподілігалактик і їхніх скупчень спостерігається певна закономірність - комірчастої -стільниковий структура. Стінки цих осередків, що складаються з безлічі галактик,мають товщину 3 - 4 млн. пк, а розміри самих осередків близько 100 Мпк. Великіскупчення галактик утворюють вузли цих осередків.
Вся спостерігається система галактик і їхніх скупчень називається -
Метагалактика.
Метагалактика - частина безмежної Всесвіту.
У Метагалактика діє закон червоного зміщення Хаббла, і визнано, щоце зміщення справді відображає особливості руху галактик,безперервне збільшення відстаней між ними. Це означає, що галактикивіддаляються від нас (і одна від одної) в усі сторони, і тим швидше, чим вонивід нас далі. Цей процес захоплює всю спостерігається частина Всесвіту, аможливо, і весь Всесвіт, і тому його назвали розширенням Всесвіту.
Наука, що вивчає Всесвіт як єдине ціле, називаєтьсякосмологією. Більшість існуючих космологічних теорій спирається натеорію тяжіння, фізику елементарних часток, загальну теорію відносностіта інші фундаментальні фізичні теорії і, звичайно, на астрономічніспостереження. У космології широко використовується метод моделювання, вченібудують теоретичні моделі Всесвіту, шукають спостережні факти, на основіяких можна перевірити правильність теоретичних висновків. Застосування ЕОМдозволяє проводити необхідні при цьому розрахунки. Зокрема, такірозрахунки показали, сто під дією гравітаційних сил спочаткупрактично однорідна середи врешті-решт, за мільярди років моглапридбати структуру, що спостерігається у Всесвіті в сучасну епоху.
Реальна Всесвіт, як виявилося, добре описується моделямирозширюється Всесвіту, з яких випливає, що раніше галактики були всередньому ближче один до одного, ніж зараз, а 10 - 15 млрд. років тому середнящільність матерії у Всесвіті була такою великою, температура настількивисокою, що речовина могла існувати тільки у вигляді елементарних частинок.
У процесі розширення відбувалося утворення хімічних елементів іпоступове формування галактик, зірок і інших об'єктів. Теоріярозширюється Всесвіту дозволяє пояснити що спостерігається співвідношеннявмісту водню й гелію в зорях. Випромінювання, іспущенное гарячим газоммільярди років тому, ще до утворення галактик, приходить до нас з великихвідстаней до цих пір і названо, тому реліктовим. Його існування булотеоретично передбачене задовго до виявлення. Енергія реліктовоговипромінювання максимальна в області дуже коротких (міліметрових) радіохвиль.
Це випромінювання приходить рівномірно з усіх напрямів неба. Приймаючи його здопомогою радіотелескопів, ми отримуємо інформацію про фізичні властивостіречовини на ранніх етапах розширення Всесвіту, коли його середня щільністьбула в сотні мільйонів разів вища, ніж у наш час. Відкриття реліктівноговипромінювання підтвердила висновки теорії про те, що речовина тоді було гарячимі розподілялася рівномірно.
Що являло собою Всесвіт до початку розширення, на самих ранніхйого етапах, і чи зміниться в майбутньому розширення стисненням? Це дуже складніпитання, над вирішенням яких вчені працюють зараз.
Всесвіт безмежна в часі і просторі. Вона не мала початку ініколи не матиме кінця, вона завжди існувала, і будеіснувати. Все це стосується Всесвіту в цілому, точніше, матерії, зякої вона складається. Окремі ж її частини, наприклад Земля, Сонячнасистема, зорі й навіть зоряні системи - галактики, виникають, здійснюютьдовгий шлях розвитку і колись припинять своє існування, з тимщоб утворює їх матерія прийняла нову форму. Повільно змінюється і всящо нас оточує Всесвіт. Про це говорить, наприклад, те, що відбувається в нашчас збільшення відстаней між галактиками.
На зміну віджилим світів виникають нові світи. На них з часомза сприятливих умов може виникнути життя, шляхом поступовогоускладнення відтворює своє вище вираження - розумні мислячіістоти.
В даний час ми не можемо ще навіть приблизно оцінити, в якогокількості зірок є планети, на скількох з них могло зародитися життя,де життя встигла відтворити розумні істоти і техніку, яка допускаєможливість обміну інформацією з іншими цивілізаціями. Ми знаємо, щоцентральне тіло нашої планетної системи - Сонце, яке є звичайноюзіркою. І Сонце і Земля, і інші члени Сонячної системи складаються з тихже хімічних елементів і підкоряються тим же законам фізики, що й іншітіла, які спостерігаються на найрізноманітніших відстанях. Тому умови, якіколись привели до зародження життя на Землі, повинні реалізовуватися і вінших областях Всесвіту, навіть якщо ці умови пов'язані з рідкісним збігомобставин. Осередки життя, а тим більше розумного життя, можуть бути відокремленіодин від одного дуже великою відстанню, що сильно ускладнює їх пошук.
Розвиток науки і техніки дозволить у майбутньому відповісти на питання пропоширеності життя у Всесвіті.
Можлива унікальність земної цивілізації підвищує відповідальністьлюдства за збереження природи нашої планети і життя на ній в ім'я мируі прогресу.
Використана література:
«Астрономія наших днів» І. А. Климишин.
«Микола Коперник» Е. А. Гребенников.
«Астрономія 11 - клас» Б. А. Воронцов.
