Будова й еволюція Всесвіту

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат на тему

Будова й еволюція Всесвіту

Вивчення Всесвіту, навіть тільки відомої нам його частини, є грандіозним завданням. Щоб одержати ті відомості, які мають сучасні вчені, знадобилися праці цілих поколінь.

Всесвіт -- це все, що існує. Він нескінченний у часі й просторі, хоча кожна його часточка має свій початок і кінець, як у часі, так і в просторі. Всесвіт складається з дрібних порошин і атомів, величезних скупчень речовини і зоряних світів і систем.

Існує наукова дисципліна, що являє собою вчення про загальні закономірності будови Всесвіту, і називається вона космологією.

Космологія -- вчення, що включає в себе теорію всієї охопленої астрономічними спостереженнями області світу як частини Всесвіту. Сутність її полягає в тому, що замість об'єкта, що цікавить, вивчається його модель, яка більш-менш точно повторює оригінал або його найбільш істотні особливості. Узята за зразок модель необов'язково є матеріальною копією об'єкта. Побудова наближених моделей різних явищ допомагає вченим ще глибше пізнавати навколишній світ. Усі результати, отримані за допомогою моделей Всесвіту, обов'язково перевіряють, порівнюючи їх із реальністю. В жодному разі не можна ототожнювати саме явище з моделлю, не можна без ретельної й багаторазової перевірки приписувати природі ті властивості, які має модель, тому що жодна модель не може претендувати на роль точної «копії» Всесвіту. Тому в космології потрібною є поглиблена розробка моделей неоднорідного і неізотронного Всесвіту.

Всесвіт складається з численних зір, об'єднаних у гігантські зоряні системи, що називаються галактиками. Наше Сонце також є рядовою зорею, входить до складу нашої Галактики, яка, у свою чергу, включена в Місцеве скупчення галактик.

У Галактиці нараховується близько 10|! (трильйона) зір. Молочний Шлях, який ми бачимо на нічному небі у вигляді сріблястої смуги розсипаних зір, становить основну частину нашої Галактики. Молочний Шлях найбільш яскравий у сузір'ї Стрільця, де знаходяться наймогутніші хмари зір, менш яскравий -- у протилежній частині неба. З цього неважко зробити висновок, що Сонячна система знаходиться не в центрі Галактики, який спостерігається від нас у напрямку сузір'я Стрільця.

Якщо дивитися на нашу Галактику збоку, вона за формою нагадує лінзу або сочевицю. Розміри Галактики були обчислені за зорями, які видно на великих відстанях -- цефеїди та гарячі гіганти. Діаметр Галактики склав близько 3000 пк (парсек (пк) -- відстань, з якої велика піввісь земної орбіти, перпендикулярна до кута зору, видима під кутом у 1"; 1 парсек = 3,26 світлового року = 206265 а. о. = З * 1013 км) або 100 000 світлових років (світловий рік -- відстань, пройдена світлом протягом року). Чіткої межі в нашої Галактики немає, тому що зоряна густина зменшується поступово.

У центрі Галактики розташоване ядро, що складається з гігантського й ущільненого скупчення зір (червоних гігантів і короткоперіодичних цефеїд)-, діаметром 1000--2000 пк. Ядро практично неможливо спостерігати через те, що воно майже повністю приховане щільною завісою хмар. Воно знаходиться від нас на відстані 30 000 світлових років у напрямку сузір'я Стрільця. Зорі, а особливо надгіганти і класичні цефеїди, складають молодше населення Галактики. Вони розташовуються далі від центру й утворюють порівняно тонкий шар або диск. Серед зір цього диска знаходиться пилова матерія й хмари газу. Субкарлики та гіганти утворюють навколо ядра й диска Галактики сферичну систему.

Маса нашої Галактики приблизно дорівнює 2 ¦ 10" мас Сонця, при тому, що маса Сонця дорівнює 2 ТО30 кг. Близько 1/1000 її маси міститься в міжзоряному газі й пилу.

У 1944 р. московський астроном В. В. Кукарін дійшов висновку, що Галактика має спіральну структуру, причому ми знаходимося між двома спіральними гілками, у місці, бідному на зорі. Спостереження вченого підтверджуються тим, що в деяких місцях на небі неозброєним оком можна розрізнити тісні групи зір, зв'язані взаємним тяжінням, або зоряні скупчення.

Існує два види зоряних скупчень: розсіяні й кульові. Розсіяні скупчення складаються зазвичай з десятків або сотень зір головної послідовності й надгігантів зі слабкою концентрацією до центру. Кульові скупчення складаються зазвичай з десятків або сотень зір головної послідовності й червоних гігантів, із сильною концентрацією зір до центру. Іноді вони містять короткоперіодичні цефеїди. Прикладом розсіяних скупчень є скупчення Гіади і Плеяди в сузір'ї Тельця. Кульові скупчення набагато перевершують за розмірами розсіяні скупчення. Відомо більше 100 кульових і більше декількох сотень розсіяних скупчень.

До складу галактик входять також міжзоряний газ і пилоподібні частки, що становлять собою розсіяну речовину, яка й утворює туманності. Так, наприклад, різновидами туманностей є газопилова туманність у 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 більша за масу Сонця. Туманності бувають дифузійними (клоччастої форми) і планетарними. Туманності, як правило, освітлюються прилеглими зорями.

Галактики різні за своїм зовнішнім виглядом.

Еліптичні галактики зовні невиразні, перехідні від круглих форм до еліптичних. Ядро галактики -- щільна конденсація в центрі -- є характерною деталлю майже всіх галактик. Галактики класу Е мають яскраве зіркоподібне ядро в центрі. Еліптичні галактики побудовані з червоних і жовтих гігантів, червоних і жовтих карликів і певної кількості білих зір не дуже високої світності.

Спіральні галактики становлять собою приклад динаміки форми, із центрального ядра виходять гарні гілки, які ніби втрачають обриси за межами галактики, що вказує на могутній і стрімкий рух. Спіральні галактики вражають своїм різноманіттям форм і малюнків гілок, тому Хаббл, класифікуючи спіралі за характером їхніх гілок, розрізняв групи Sa, Sb і Sc. У галактик класу S є дві спіральні гілки, що беруть початок у протилежних точках ядра, розвиваються симетрично і губляться в протилежних областях периферії. Із переходом до більш пізніх спіралей ядро системи зменшується за рахунок зростання гілок, які чимраз більше розкручуються, поки центральна область не стискається у зіркоподібну точку, а решту складають спіральні гілки. Відомі галактики, що мають більше двох спіральних гілок, у деяких випадках одна спіраль значно більш розвинута, ніж інша. У спіральній галактиці центральна система може бути більш-менш стиснутою; наприклад, особливо помітним є стискання у NGC 5494.

Перераховані вище класи галактик мають певний характер малюнка, але досить часто (2--3%) зустрічаються галактики неправильної форми. Неправильна форма галактик, найімовірніше, свідчить про молодий вік зір або про те, що вона не встигла набути правильної форми через малу густину у ній матерії. Можливим є й те, що галактика втратила свою форму через тісну взаємодію з іншою галактикою. Принаймні, тепер ми знаємо, що усі вони належать до галактик типу Магелланових хмар. Існує розподіл неправильних галактик на два типи. Тип І має вкрай нерівні краї, низьку поверхню та яскравість. Тип II також має нерівні краї, але при цьому проявляються абсолютно еліптичні обриси, він характеризується порівняно високою поверхнею, яскравістю й складністю неправильної структури (NGC 5204).

Неозброєним оком можна спостерігати всього лише 3 галактики: Велику Магелланову хмару (ВМХ), Малу Магелланову хмару (ММХ) і туманність Анд-Ромеди. Якщо спостерігати Магелланові хмари збоку, можна помітити, що вони дуже сплощені. Але коли дивитися на них із полюса або майже з полюса (1С '613), спостерігається дуже слабка концентрація або ж вона взагалі відсутня. Виходить, що якби ці системи мали іншу форму, така концентрація спостерігалася б, тому ці галактики являють собою плоскі системи.

Як з'ясував у 1914 р. американський астроном Слайфер, галактики обертаються. Як показали теоретичні дослідження, зоряна система, що обертається, після закінчення деякого терміну набуває форми кулі, це підтверджується прикладом кулястих скупчень, що мають кулясту форму й обертаються. Відомо також, що якщо зоряна система сплюснута, то вона теж обертається. Отже, повинні обертатися й еліптичні галактики, крім кулястих і тих, що не мають стискання. Обертання відбувається навколо осі, перпендикулярної до головної площини симетрії. Галактика стиснута уздовж осі свого обертання.

Галактики крім своїх форм відрізняються одна від одної і ступенем світності. Найбільш "яскраві з них називають радіогалактиками. Галактика Лебідь 1 є цьому яскравим прикладом. Лебідь 1 -- слабка подвійна галактика з дуже щільно розташованими один до одного компонентами, які є потужним дискретним джерелом, вона випускає великий потік радіовипромінювання.

Кілька яскравих галактик, що входять до каталогу NGC, також належать до розряду радіогалактик, тому що їхнє радіовипромінювання настільки ж сильне, але воно значно поступається за енергією світловому. Чимало цих галактик є подвійними.

У 1963 р. англійські й австралійські астрономи, використовуючи інтерференційний метод, визначили з великою точністю положення великої кількості дискретних джерел радіовипромінювання і визначили деякі кутові розміри радіоджерел. Так, діаметри більшості з них складали хвилини або десятки секунд дуги, але в деяких -- менше секунди дуги.

Зауважимо, що їхній потік радіовипромінювання не поступався дискретним джерелам, які перевищують перших за площею випромінювання в десятки тисяч разів. Джерела радіовипромінювання назвали квазарами, хоча саме джерело енергії дотепер незрозуміле. Маса квазарів різноманітна, може сягати мільйона сонячних мас.

Теоретичне моделювання Всесвіту відіграє важливу роль у з'ясуванні його минулого й майбутнього. Так, О.О. Фрідман припустив, що досить велика частина Всесвіту не перебуває в стані рівноваги, її матерія або розширюється, або стискається. На початку XX ст. у спектрах далеких галактик був виявлений червоний зсув. Хаббл пояснив це явище розбігом зоряних систем. Явище червоного зсуву спостерігається в спектрах майже всіх галактик, крім декількох найближчих до нашої. І чим далі від нас галактика, тим більший зсув ліній у її спектрі, тобто всі зоряні системи віддаляються від нас із величезними швидкостями, більш віддалені галактики рухаються з більшими швидкостями. А після того, як ефект червоного зсуву був виявлений і в радіодіапазоні, то не залишилося жодних сумнівів у тому, що Всесвіт, який ми спостерігаємо, розширюється. На сьогодні відомі галактики, що віддаляються від нас зі швидкістю 0,46 швидкості світла, а надзорі й квазари -- 0,85 швидкості світла. Причину розширення й руху можна пояснити тим, що на галактики постійно діє якась сила. Ймовірно, у минулому у Всесвіті відбувся вибух через утворення надщільного стану матерії. Вибух поклав початок розширенню Всесвіту.

Існує кілька теорій еволюції Всесвіту. Теорія пульсуючого Всесвіту стверджує, що наш світ утворився в результаті гігантського вибуху. Але розширення Всесвіту не продовжуватиметься вічно, тому що його зупинить гравітація. Поки ж наш Всесвіт розширюється протягом 18 млрд років із часу вибуху. У , майбутньому розширення цілком сповільниться й відбудеться зупинка, а потім він почне стискатися доти, поки речовина знову не стиснеться і не відбудеться новий вибух.

Теорія стаціонарного вибуху припускає, що Всесвіт нескінченний. Він постійно перебуває в тому самому стані, тому що протягом усього часу триває утворення нової водоверті, щоб компенсувати речовину галактик, які віддаляються. Але тоді є побоювання, що якщо Всесвіт, початок якому поклав вибух, розширюватиметься до нескінченності, то він поступово охолоне і зовсім згасне.

У зв'язку з тим, що Метагалактика є частиною видимого Всесвіту, то, відповідно, вона теж зазнала колосального вибуху. За допомогою складного устаткування вчені здійснили розрахунки і з'ясували, що до розширення Метагалактики речовина складалася з елементарних частинок (нуклонів) і їхніх античастинок. У міру розширення змінився (разом із температурою і густиною) склад речовини, у якій утворилися електромагнітні кванти із високою часткою випромінювання.

Учені дійшли висновку, що відстань між нашою й іншою галактиками безупинно збільшується, тобто галактики не розлітаються в усі боки від нашої, а відбувається взаємне віддалення всіх галактик. Отже, Метагалактика не стаціонарна, виходить, вона змінюється, а звідси виеновок: вона еволюціонує. Розширення Метагалактики виявляється тільки на рівні скупчень і надскупчень галактик. Цікавим є те, що Метагалактика не має центру, від якого віддаляються галактики.

Використання суперсучасної складної техніки дозволяє астрономам просуватися усередину Всесвіту, вивчати його по крихтах і складати, як мозаїку, у загальну картину. Напевно, слід звернутися до давніх мислителів, які не мали досконалої техніки, але при цьому правильно уявляли Всесвіт нескінченним, навіть якщо захмарні далі для них були «апартаментами» божественними, недоступними простим смертним. Так, давньогрецький філософ Анаксімандр (VI ст. до н. є.) запропонував уявлення про якусь єдину безмежність. А у вченні Левкіппа.і Демокріта (V--IV ст. до н. є.) міститься геніальний здогад: Всесвіт складається з без якісних атомів і порожнечі. Значно пізніше, у XVII столітті, Рене Декарт створив теорію про еволюційну вихрову модель Всесвіту на основі геліоцентризму. У своїй моделі він розглядав утворення небесних тіл як результат вихрових рухів, що відбувалися на самому початку в однорідній світовій матерії. Сонячна система, за Декартом, становила собою один із таких вихрів світової матерії. Німецький вчений і філософ Кант (1724--1804) створив першу універсальну концепцію Всесвіту, що еволюціонує. Він обґрунтував можливість і значну ймовірність виникнення такого Всесвіту винятково під дією механічних сил притягання та відштовхування і намагався з'ясувати подальшу долю цього Всесвіту. Ейнштейн, у свою чергу, здійснив радикальну наукову революцію, запровадивши свою теорію відносності. Видатний радянський математик і фізик-теоретик О. Фрідман (1888 -- 1925 pp.) на початку XX ст. розкритикував висновки Ейнштейна про те, що Всесвіт скінчений і має форму чотиривимірного циліндра. Натомість він навів дві моделі Всесвіту, які незабаром знайшли на диво точне підтвердження в безпосередніх спостереженнях рухів далеких галактик в ефекті червоного зсуву в їхніх спектрах. Цим учений довів, що речовина у Всесвіті не може знаходитися в спокої, чим теоретично сприяв виникненню в майбутньому теорії еволюції Всесвіту.

Поки, звичайно, жодна з цих теорій не доведена, але будемо сподіватися, що в майбутньому вони знайдуть своє підтвердження.

Размещено на Allbest.ru