Наука про Всесвіт

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

I. Введення.

II. Картина світу

III. Рух планет

IV. Перші моделі світу

V. Перша геліоцентрична система

VI. Cистема Птолемея

VII. Світ Коперника

VIII. Сонце і Зорі

IX. Галактика

X. Зоряні світи

XI. Всесвіт

XII. Висновок

I. Введення

Зоряне небо у всі часи займало уяву людей. Чому запалюються зірки? Скільки їх сяє в ночі? Чи далеко вони від нас? Чи кордону у зоряної Всесвіту?З глибокої давнини людина замислювалася над цими та багатьма іншими питаннями, прагнув зрозуміти, і осмислити устрій того великого світу, в якому ми живемо.

Найбільш ранні уявлення людей про нього збереглися в казках та легендах. Пройшли століття і тисячоліття, перш ніж виникла і отримала глибоке обґрунтування і розвиток наука про Всесвіт, розкрила нам чудову простату, дивний порядок світобудови. Недарма ще в стародавній Греції її називали Космосом а це слово спочатку означало «порядок» і «красу».

Системи світу - це уявлення про розташування в просторі й русі Землі, Сонця, Місяця, планет, зірок та інших небесних тіл.

II. Картина світу.

У давньоіндійській книзі, яка називається «Рігведа», що означає «Книга гімнів», можна знайти опис - одне з найперших в історії людства - всього Всесвіту як єдиного цілого. Згідно з «Рігведі», вона влаштована не надто складно. У ній є, перш за все, Земля. Вона представляється безмежної плоскою поверхнею - «великим простором». Ця поверхня покрита зверху небом. А небо - це голубий, усіяний зірками «звід». Між небом і Землею - «світиться повітря».

Від науки це було дуже далеко. Але важливо тут інше. Чудова і грандіозна сама зухвала мета - осягнути думкою весь Всесвіт. Звідси бере витоки впевненість у тому, що людський розум здатний осмислити, зрозуміти, розгадати її пристрій, створити в своїй уяві повну картину світу.

III. Рух планет

Спостерігаючи за річним переміщенням Сонця серед зірок, стародавні люди навчилися завчасно визначати настання тієї або іншої пори року. Вони розділили смугу неба уздовж екліптики на 12 сузір'їв, у кожному з яких Сонце знаходиться приблизно місяць. Як вже зазначалося, ці сузір'я були названі зодіакальними. Всі вони за винятком одного носять назви тварин.

З передранкових сходом того чи іншого сузір'я стародавні люди пов'язували свої сільськогосподарські роботи, і це відображено в самих назвах сузір'їв. Так, появи на небі сузір'я Водолія вказувало на очікуване повінь, поява Риб - на майбутній хід риби для метання ікри. З ранковим появою сузір'я Діви починалася прибирання хліба, яка проводилася переважно жінками. Через місяць на небі з'явилася сусіднє сузір'я Терези, в цей час якраз відбувалося зважування і підрахунок врожаю.

Ще за 2000 років до н. е..Стародавні спостерігачі помітили серед зодіакальних сузір'їв п'ять особливих світил, які, постійно змінюючи своє положення на небі, переходять з одного зодіакального сузір'я до іншого. У наслідку грецькі астрономи назвали ці світила планетами, тобто «блукаючими». Це Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн, що зберегли в своїх назвах до наших днів імена давньоримських богів. До блукаючих світил були зараховані також Місяць і Сонце.

Ймовірно, пройшло багато століть перш ніж древнім астрономам вдалося встановити певні закономірності в русі планет і, перш за все, встановити проміжки часу, після закінчення яких положення планети на небі по відношенню до Сонця повторюється. Цей проміжок часу пізніше був названий синодичним періодом обертання планети. Після цього можна було робити наступний крок - будувати загальну модель світу, в якій для кожної з планет було б відведене певне місце і користуючись якою можна було б заздалегідь передбачити положення планети на кілька місяців чи років наперед.

За характером свого руху на небесній сфері по відношенню до Сонця планети (у нашому розумінні) поділяються на дві групи. Меркурій і Венера названі внутрішніми або нижніми, інші - зовнішніми або верхніми.

Кутова швидкість Сонця більше швидкості прямого руху верхньої планети. Тому Сонце поступово обганяє планету. Як і для внутрішніх планет, в момент, коли напрямок на планету і на Сонці збігається, настає з'єднання планети із Сонцем. Після того, як Сонце обжене планету, вона стає видимою перед його сходженням, у другій половині ночі. Момент, коли кут між напрямком на Сонце і напрямом на планету складає 180 градусів, називається протистоянням планети. У цей час вона знаходиться в середині дуги свого зворотного руху. Видалення планети від Сонця на 90 градусів на схід називається східній квадратурою, а на 90 градусів на захід - західної квадратурою. Всі згадані тут положення планет щодо Сонця (з точки зору земного спостерігача) називаються конфігураціями.

При розкопках стародавніх міст і храмів Вавилонії виявлені десятки тисяч глиняних табличок з астрономічними текстами. Їх розшифровка показала, що давньо вавилонські астрономи уважно стежили за положенням планет на небі;вони зуміли визначити їх синодичні періоди обертання і використовувати ці дані при своїх розрахунках.

IV. Перші моделі світу

Незважаючи на високий рівень астрономічних відомостей народів стародавнього Сходу, їх погляди на будову світу обмежувалися безпосередніми зоровими відчуттями. Тому у Вавилоні склалися погляди, згідно з якими Земля має вигляд опуклого острова, оточеного океаном. Всередині Землі нібито знаходиться «царство мертвих». Небо - це твердий купол, що спирається на земну поверхню і відокремлює «нижні води» (океан, оточуючий земної острів) від «верхніх» (дощових) вод. На цьому куполі прикріплені небесні світила, над небом нібито живуть боги. Сонце сходить вранці, виходячи зі східних воріт, і заходить через західні ворота, а вночі воно рухається під Землею.

Згідно уявленням стародавніх єгиптян, Всесвіт має вигляд великої долини, витягнутої з півночі на південь, в центрі її знаходиться Єгипет. Небо уподібнювалися великої залізної даху, яка підтримується на стовпах, на ній у вигляді світильників підвішені зірки.

У Стародавньому Китаї існувало уявлення, згідно яким Земля має форму плоского прямокутника, над яким на стовпах підтримується кругле випукле небо. Розлючений дракон нібито зігнув центральний стовп, внаслідок чого Земля нахилилася до сходу. Тому всі річки в Китаї течуть на схід. Небо ж нахилилося на захід, тому всі небесні світила рухаються зі сходу на захід.

І лише в грецьких колоніях на західних берегах Малої Азії (Іонія), на півдні Італії та в Сицилії в четвертому столітті до нашої ери почався бурхливий розвиток науки, зокрема, філософії, як вчення про природу. Саме тут на зміну простому споглядання явищ природи і їх наївному тлумачення приходять спроби науково пояснити ці явища, розгадати їхні справжні причини.

Одним з видатних давньогрецьких мислителів був Геракліт Ефеський (бл. 530 - 470 рр.. До н. Е..).Це йому належать слова: «Світ, єдиний з усього, не створений ніким з богів і ніким з людей, а був, є і буде вічно живим вогнем, закономірно займистих і закономірно згасає ...» Тоді ж Піфагор Самоський (бл. 580 - 500 рр.. до н. е..) Висловив думку про те, що Земля, як і інші небесні тіла, має форму кулі. Всесвіт уявлявся Піфагору у вигляді концентричних, вкладених одна в одну прозорих кришталевих сфер, до яких нібито прикріплені планети. У центрі світу в цій моделі містилася Земля, навколо неї оберталися сфери Місяця, Меркурія, Венери, Сонця, Марса,Юпітера й Сатурна. Далі за всіх перебувала сфера нерухомих зірок.

Першу теорію будови світу, пояснює пряме і зворотній рух планет,створив грецький філософ Евдокс Кнідський (бл.408 - 355 рр.. до н. е..). Він запропонував, що у кожної планети є не одна, а кілька сфер, що скріпляють один з одним. Одна з них робить один оборот в добу навколо осі небесної сфери у напрямку зі сходу на захід. Час звернення інший (у зворотний бік) передбачалося рівним періоду обертання планети. Тим самим пояснювався рух планети уздовж екліптики. При цьому передбачалося, що вісь другої сфери нахилена до осі першою під певним кутом. Комбінація з цими сферами ще двох дозволяла пояснити зворотній рух по відношенню до екліптики. Всі особливості руху Сонця і Місяця пояснювалося з допомогою трьох сфер. Зірки Евдокс розмістив на одній сфері, що вміщає в себе всі інші. Таким чином, все видиме рух небесних світил Евдокс звів до обертання 27 сфер.

Доречно нагадати, що подання про рівномірний, круговому, абсолютно правильному русі небесних тіл висловив філософ Платон. Він же висловив припущення, що Земля знаходиться в центрі світу, що навколо неї звертається Місяць, Сонце, далі ранкова зірка Венера, зірка Гермеса, зірки Ареса, Зевса і Кроноса. У Платона вперше зустрічаються назви планет на ім'я богів, повністю збігаються з вавілонськими. Платон вперше сформулював математикам завдання: знайти, за допомогою яких рівномірних і правильних кругових рухів можна «врятувати явища, що подаються планетами». Іншими словами, Платон ставив завдання побудувати геометричну модель світу, в центрі якої, безумовно,повинна була знаходитися Земля.

Удосконаленням системи світу Евдокса зайнявся учень Платона Аристотель (384 - 322 рр.. До н. Е..). Так як погляди цього видатного філософа - енциклопедиста безроздільно панували в фізиці і астрономії протягом майже двох тисяч років, то зупинюся на них детальніше.

Аристотель, слідом за філософом Емпедоклом (бл. 490 - 430 рр.. До н. Е..), Припустив існування чотирьох стихій: землі, води, повітря і вогню, з змішання яких нібито відбулися всі тіла, що зустрічаються на Землі. За Аристотелем, стихії вода і земля природним чином прагнуть рухатися до центру світу («вниз»), тоді як вогонь і повітря рухаються «вгору» до периферії і тим швидше, чим ближче вони до свого «природного» місця. Тому в центрі світу знаходиться Земля, над нею розташовані вода, повітря і вогонь. За Аристотелем, Всесвіт обмежений у просторі, хоча її рух вічний, не має ні кінця ні початку. Це можливо як раз потому, що, крім згаданих чотирьох елементів, існує ще й п'ята, незнищенна матерія, яку Арістотель назвав ефіром. З ефіру нібито і складаються всі небесні тіла, для яких вічний круговий рух - це природний стан. «Зона ефіру» починається близько Місяця і тягнеться вгору, тоді як нижче Місяця знаходиться світ чотирьох елементів.

Ось як описує своє розуміння світобудови сам Аристотель:

«Сонце і планети обертаються навколо Землі, що знаходиться нерухомо в центрі світу. Наш вогонь, щодо кольору свого, не має ніякої схожості зі світлом сонячним, сліпучої білизни. Сонце не складається з вогню; воно є величезне скупчення ефіру;теплота Сонця заподіюється дією його на ефір під час обертання навколо Землі. Комети суть скороминущі явища, які швидко народжуються в атмосфері і так само швидко зникають. Чумацький Шлях є не що інше, як випаровування, запалені швидким обертанням зірок біля Землі ...Рухи небесних тіл, взагалі кажучи, відбуваються набагато правильніше, ніж руху помічаються на Землі;бо, оскільки тіла небесні досконаліше будь-яких інших тіл, то їм личить саме правильний рух, і разом з тим саме просте, а такий рух може бути тільки круговим, тому що в цьому випадку рух буває разом з тим і рівномірним. Небесні світила рухаються вільно подібні до богів, до яких вони ближче, ніж до жителів Землі; тому світила при русі здебільшого не потребують відпочинку та причину свого руху укладають в самих собі. Вищі області неба, більш досконалі, що містять у собі нерухомі зірки, мають тому найбільш зроблений рух - завжди праворуч. Що ж стосується частини неба, найближчої до Землі, а тому і менш досконалою, то ця частина служить місцеперебуванням набагато менш досконалих світил, які планети. Ці останні рухаються не тільки вправо, але і вліво, і до того ж по орбітах, нахиленим до орбіт нерухомих зірок. Всі важкі тіла прагнуть до центру Землі, а так як будь-яке тіло прагне до центру Всесвіту, то тому й Земля повинна перебувати нерухомо в цьому центрі ».

При побудові своєї системи світу Аристотель використовував подання Евдокса про концентричних сферах, на яких розташовані планети і які обертаються навколо Землі. За Аристотелем, першопричиною цього руху є «перший двигун» - особлива сфера, що обертається, розташована за сферою «нерухомих зірок», яка і приводить у рух все інше. За цією моделлю лише одна сфера в кожній із планет обертається зі сходу на захід, інші три - в протилежному напрямку. Аристотель вважав, що дія цих трьох сфер має компенсуватися додатковими трьома внутрішніми сферами, які належать тій же планеті. Саме в цьому випадку на кожну наступну (у напрямку до Землі) планету діє лише добове обертання. Таким чином, в системі світу Аристотеля рух небесних тіл описувалося за допомогою 55 твердих кришталевих сферичних оболонок.

Пізніше в цій системі світу було виділено вісім концентричних шарів (небес), які передавали свій рух один одному (рис. 1). У кожному такому шарі налічувалося сім сфер, рушійних дану планету.

За часів Аристотеля висловлювалися й інші погляди на будову світу, зокрема, що не Сонце обертається навколо Землі, а Земля разом з іншими планетами обертається навколо Сонця. Проти цього Арістотель висунув серйозний аргумент: якби Земля рухалася в просторі, то цей рух призводило б до регулярного видимого переміщення зірок на небі. Як ми знаємо, цей ефект (річне параллактическое зміщення зірок) був відкритий лише в середині 19 століття, через 2150 років після Аристотеля ...

На схилі своїх років Аристотель був звинувачений у безбожництві і втік з Афін. Насправді у своєму розумінні світу він коливався між матеріалізмом та ідеалізм. Його ідеалістичні погляди і, зокрема, уявлення про Землю як центр світобудови було пристосоване для захисту релігії. Ось чому в середині другого тисячоліття нашої ери боротьба проти поглядів Арістотеля стала необхідною умовою розвитку науки ...

V. Перша геліоцентрична система

Сучасникам Арістотеля вже було відомо, що планета Марс у протистоянні, а також Венера під час зворотного руху значно яскравіше, ніж в інші моменти. За теорією сфер вони повинні були б залишатися завжди на однаковій відстані від Землі.Саме тому тоді виникали й інші уявлення про будову світу.

Так, Геракліт Понтійський (388 - 315 рр.. До н. Е..) Припускав, що Земля рухається «... обертально, біля своєї осі, на кшталт колеса, із заходу на схід навколо власного центру».Він висловив також думку, що орбіти Венери і Меркурія є колами, в центрі яких знаходиться Сонце. Разом з Сонцем ці планети ніби й обертаються навколо Землі.

Ще більш сміливих поглядів дотримувався Аристарх Самоський (бл. 310 - 230 рр.. До н. Е..). Видатний давньогрецький вчений Архімед (бл. 287 - 212 рр. до н. Е.) у своєму творі «Псамміт» («Обчислення піщинок»), звертаючись до Гелон Сіракузьким, писав про погляди Аристарха так:

«Ти знаєш, що за поданням деяких астрономів світ має форму кулі, центр якого збігається з центром Землі, а радіус дорівнює довжині прямої, що з'єднує центри Землі і Сонця. Але Аристарх Самоський у своїх «Пропозиціях», написаних ним проти астрономів, відкидаючи це подання, приходить до висновку, що світ набагато більших розмірів, ніж тільки що зазначено. Він вважає, що нерухомі зірки і Сонце не змінюють свого місця в просторі, що Земля рухається по колу навколо Сонця, що знаходиться в її центрі, і що центр сфери нерухомих зірок збігається з центром Сонця, а розмір цієї сфери такий, що окружність, описувана по його припущенням,Землею, знаходиться на відстані нерухомих зірок у такому ж відношенні,у якому цей центр кулі знаходиться на його поверхні ».

VI. Cистема Птолемея

земля сонце всесвіт геліоцентричний

Становлення астраноміі як точної науки почалося завдяки роботам видатного грецького вченого Гіппарха. Він перший почав систематичні астрономічні спостереження та їх всебічний математичний аналіз, заклав основи сферичної астраноміі і тригонометрії, розробив теорію руху Сонця і Місяця і на її основі - методи передобчислювання затемнень.

Гіппарх виявив, що видимий рух Сонця і Місяця на небі є нерівномірним. Тому він став на точку зору, що ці світила рухаються рівномірно уздовж кругових орбітах, однак центр кола зміщений щодо центру Землі. Такі орбіти були названі ексцентров. Гіппарх склав таблиці, за якими можна було визначити положення Сонця і місяця на небі на будь-який день року. Що ж стосується планет, то, за зауваженням Птолемея, він «не зробив інших спроб пояснення руху планет, а задовольнявся впорядкуванням зроблених до нього спостережень, приєднавши до них ще набагато більшу кількість своїх власних.Він обмежився вказівкою своїм сучасникам на незадовільність всіх гіпотез, за допомогою яких деякі астрономи думали пояснити рух небесних світил ».

Завдяки роботам Гіппарха астрономи відмовилися від уявних кришталевих сфер, припущених Евдоксом, і перейшли до більш складним побудов за допомогою епіциклів і деферентів, запропонованих ще до Гіппарха Аполлоном Пергського. Класичну форму теорії епіцікліческіх рухів надав Клавдій Птолемей.

Головне твір Птолемея «Математичний синтаксис в 13 книгах» або, як його назвали пізніше араби, «Альмагест» («Найбільше») став відомим в середньовічній Європі лише в XII ст. У 1515 р. він був надрукований латинською мовою у перекладі з арабської, а в 1528 р. в перекладі з грецької. Тричі «Альмагест» видавався на грецькій мові, в 1912 р. він виданий на німецькій мові.

«Альмагест» - це справжня енциклопедія античної астрономії. У цій книзі Птолемей зробив те, що не вдавалося зробити жодному з його попередників. Він розробив метод, користуючись яким можна було розрахувати положення тієї або іншої планети на будь-який наперед заданий момент часу. Це йому далося нелегко, і в одному місці він зауважив:

«Легше, здається, рухати самі планети, ніж осягнути їх складний рух ...»

«Встановивши» Землю в центрі світу, Птолемей представив видиме складне і нерівномірний рух кожної планети як суму кількох простих рівномірних кругових рухів.

Згідно Птолемею кожна планета рухається рівномірно по малому колу - епіциклу. Центр епіциклу у свою чергу рівномірно ковзає по окружності великого кола, названого деферентом (рис.1.).Для кращого збігу теорії з даними спостережень довелося припустити, що центр деферента зміщений щодо центру Землі. Але цього було недостатньо. Птолемей був змушений припустити, що рух центру епіциклу по деференту є рівномірним (тобтойого кутова швидкість руху постійна), якщо розглядати цей рух не з центру деферента О і не з центру Землі Т, а з деякою «вирівнює точки» Е, названої пізніше еквантов (рис. 2.).

Комбінуючи спостереження з розрахунками, Птолемей методом послідовних наближень отримав, що відносини - радіусів епіциклів до радіусів деферентів для Меркурія, Венери, Марса, Юпітера і Сатурну рівні відповідно 0.376, 0.720, 0.658, 0.192 і 0.103.Цікаво, що для передобчислювання положення планети на небі не було необхідності знати відстані до планети, а лише згадане відношення радіусів епіциклів і деферентів.

При побудові своєї геометричної моделі світу Птолемей враховував той факт, що в процесі свого руху планети кілька відхиляються від екліптики. Тому для Марса, Юпітера і Сатурна він «нахилив» площини деферентів до екліптики й площини епіциклів до площин деферентів. Для Меркурія і Венери він увів коливання вгору і вниз за допомогою невеликих вертикальних кіл. У цілому для пояснення всіх помічених у той час особливостей у русі планет Птолемей увів 40 епіциклів. Система світу Птолемея, у центрі якої знаходиться Земля, називається геоцентричної.

Крім відношення радіусів епіциклів і деферентів для зіставлення теорії з спостереженнями необхідно було задати періоди звернення з цим колам. За Птолемею, повний оборот по колу епіциклів всі верхні планети роблять за той же проміжок часу, що і Сонце по екліптиці, тобто за рік.Тому радіуси епіциклів цих планет, спрямовані до планет, завжди паралельні напряму з Землі на Сонце. У нижніх планет - Меркурія і Венери - період обертання по епіциклу дорівнює проміжку часу, а протягом якого планета повертається до вихідної точки на небі. Для періодів звернень центру епіциклу по колу деферента картина зворотна. У Меркурія і Венери вони рівні році. Тому центри їх епіциклів завжди лежать на прямій, що сполучає сонце і Землю. Для зовнішніх планет вони визначаються часом, протягом якого планета, описавши повне коло на небі, повертається до тих же зірок.

Слідом за Арістотелем Птолемей спробував спростувати уявлення про можливий рух Землі. Він писав:

«Існують люди, які стверджують, начебто ніщо не заважає припустити, що небо нерухомо, а земля обертається навколо своєї осі з заходу на схід, і що вона робить такий оборот кожні добу. Щоправда, кажучи про світила, ніщо не заважає для більшої простоти допустити це, якщо брати до уваги тільки видимі руху. Але ці люди не усвідомлюють, до якої міри смішно таку думку, якщо придивитися до всього, що відбувається навколо нас і в повітрі. Якщо ми погодимося з ними, - чого насправді немає, - що найлегші тіла зовсім не рухаються або рухаються так само, як і тіла важкі, між тим як, очевидно, повітряні тіла рухаються з більшою швидкістю, ніж тіла земні;якщо б ми погодилися з ними, що предмети самі щільні і найважчі мають власний рух, швидке і постійне, тоді як насправді вони насилу рухаються від повідомляються їм поштовхів, - все - таки ці люди повинні були б зізнатися,що Земля внаслідок свого обертання мала б рух значно швидше за всіх тих, які відбуваються навколо неї, бо вона здійснювала б таку велику,окружність в такий малий проміжок часу. Таким чином, тіла, які підтримували б Землю, здавалися б завжди рухаються по протилежному з нею напрямку, і ніяке хмара, ніщо летить або кинуте ніколи не здавалося б прямують на схід, бо Земля випередила б всякий рух в цьому напрямку ».

З сучасної точки зору можна сказати, що Птолемей занадто переоцінив роль відцентрової сили. Він також дотримувався помилкового твердження Аристотеля, що в полі тяжіння тіла падають зі швидкостями, пропорційними їх масам ...

У цілому ж, як зауважив А.Паннекук, «Математичне твір» Птолемея «було карнавальною ходою геометрії, святом найглибшого створення людського розуму в поданні Всесвіту .. праця Птолемея постає перед нами як великий пам'ятник науки античної старовини ...».

Після високого розквіту античної культури на європейському континенті наступив період застою і регресу. Цей похмурий проміжок часу тривалістю більше тисячі років був названий середньовіччям. Йому передувало перетворення християнства на панівну релігію, при якій не було місця для високорозвиненої науки античної давнини. У цей час відбулося повернення до найпримітивніших уявленням про плоску Землі.

І лише починаючи з XI ст.під впливом зростання торговельних зносин, із зусиллям в містах нового класу - буржуазії. Духовне життя в Європі почало пробуджуватися. У середині XIII ст.філософія Аристотеля була пристосована до християнської теології, скасовані рішення церковних соборів, що забороняли натурфілософські ідеї великого давньогрецького філософа. Погляди Аристотеля на устрій світу незабаром стали невід'ємними елементами християнської віри. Тепер вже не можна було сумніватися в тому, що Земля має форму кулі, встановленого в центрі світу, і що навколо нього звертаються всі небесні світила. Система Птолемея стала ніби доповненням до Аристотеля, допомагають проводити конкретні розрахунки положень планет.

Основні параметри своєї моделі світу Птолемей визначив надзвичайно майстерно і з високою точністю. З часом, однак, астрономи почали переконуватися в тому, що між справжнім станом планети на небі і розрахунковим існують розбіжності. Так, на початку 12 століття планета Марс виявилася на два градуси в стороні від того місця, де їй належало бути за таблицями Птолемея.

Щоб пояснити всі особливості руху планет на небі, доводилося вводити для кожної з них до десяти і більше епіциклів зі все зменшуються радіусами так, щоб центр меншого епіциклу звертався по колу більшого.До 16 століття рух Сонця, Місяця і п'яти планет пояснювалося з допомогою більш ніж 80 кіл! І все ж спостереження, розділені великими проміжками часу, було важко «підігнати» під цю схему.Доводилося вводити нові епіцикли, кілька змінювати їх радіуси, зміщувати центри деферентів по відношенню до центру Землі. У кінцевому підсумку геоцентрична система Птолемея, перевантажена епіциклом і екванти, звалилася від власної ваги ...

VII. Світ Коперника

Книга Коперника, що вийшла в рік його смерті, в 1543 році, носила скромну назву: «Про обертання небесних сфер». Але це було повне повалення Аристотеля погляду на світ. Складна махина порожніх прозорих кришталевих сфер відійшла в минуле. З цього часу почалася нова епоха в нашому розумінні Всесвіту. Триває вона й по нині.

Завдяки Копернику ми дізналися, що Сонце займає належне йому положення в центрі планетної системи. Земля ж ніякий не центр світу, а одна з рядових планет, які обертаються навколо Сонця. Так усе стало на свої місця. Будова Сонячної системи було нарешті розгадано.

Подальші відкриття астрономів поповнили сім'ю великих планет. Їх дев'ять: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон. У такому порядку вони займають свої орбіти навколо Сонця. Відкрито безліч малих тіл Сонячної системи - астероїдів і комет. Але це не змінило нової Коперникової картини світу. Навпаки, всі ці відкриття тільки підтверджують і уточнюють її.

Тепер ми розуміємо, що живемо на невеликій планеті, схожою на кулю. Земля обертається навколо Сонця по орбіті, не дуже відрізняється від кола. Радіус цього кола близький до 150 мільйонам кілометрів.

Відстань від Сонця до Сатурна - найвіддаленішої з відомих у часи Коперника планет - приблизно в десять разів більше радіуса земної орбіти. Це відстань абсолютно правильно визначив ще Коперник. Розміри Сонячної системи - відстань від Сонця до орбіти дев'ятої планети, Плутона, ще майже в чотири рази більше і складає приблизно 6 мільярдів кілометрів.

Така картина Всесвіту в нашому безпосередньому оточенні. Це і є світ по Копернику.

Але Сонячна система ще не весь Всесвіт. Можна сказати, що це тільки наш маленький світ. А як же далекі зірки? Про них Коперник не ризикував висловлювати ніякого певної думки. Він просто залишив їх на колишньому місці, не дальньої сфері, де були вони в Аристотеля, і лише говорив, і абсолютно правильно, що відстань до зірок у безліч разів більше розмірів планетних орбіт. Як і античні вчені, він представляв Всесвіт замкненим простором, обмеженим цією сферою. Сфера звезд

VIII. Сонце і Зорі

У ясну безмісячну ніч, коли ніщо не заважає спостереження, людина з гострим зором побачить на небозводі не більше двох - трьох тисяч мерехтливих крапочок. У списку, складеному в 2 столітті до нашої ери знаменитому давньогрецьким астрономом Гиппархом і доповненому пізніше Птолемеєм, значиться 1022 зірки. Гевелій ж, останній астроном, який виробляв такі підрахунки без допомоги телескопа, довів їх кількість до 1533.

Але вже в давнину підозрювали про існування великого числа зірок, невидимих оком. Демокріт, великий учений давнину, говорив, що білувата смуга, що простягнулася через усе небо, яку ми називаємо Молочним Шляхом, є в дійсності з'єднання світла безлічі невидимих окремо зірок. Суперечки про будову Молочного Шляху тривали століттями. Рішення - на користь припущення Демокріта - прийшло в 1610 році, коли Галілей повідомив про перші відкриття, зроблені на небі за допомогою телескопа. Він писав із зрозумілим хвилюванням і гордістю, що тепер вдалося «зробити доступними віч зірки, які раніше ніколи не були видимими і число яких щонайменше в десять разів більше числа зірок, відомих з давніх-давен».

Але і це велике відкриття все ще залишало світ зірок загадковим. Невже всі вони, видимі й невидимі, дійсно зосереджені в тонкому сферичному шарі навколо Сонця?

Ще до відкриття Галілея була висловлена абсолютно несподівана, на ті часи чудово смілива думка. Вона належить Джордано Бруно, трагічна доля якого всім відома. Бруно висунув ідею про те, що наше Сонце - це одна із зірок Всесвіту. Всього лише одна з безлічі, а не центр усього Всесвіту. Але тоді і будь-яка інша зірка теж цілком може володіти своєю власною планетної системою.

Якщо Коперник вказав місце Землі аж ніяк не в центрі світу, то Бруно і Сонце позбавив цього привілею.

Ідея Бруно породила чимало вражаючих наслідків. З неї витікала оцінка відстаней до зірок. Дійсно, Сонце - це зірка, як і інші, але тільки найближча до нас. Тому - то воно таке велике і яскраве. А на яку відстань потрібно відсунути світило, щоб і воно виглядало так, як, наприклад, Сіріус? Відповідь на це питання дав голландський астроном Гюйгенс (1629 - 1695).Він порівняв блиск цих двох небесних тіл, і ось що виявилося: Сіріус знаходиться від нас в сотні разів далі, ніж Сонце.

Щоб краще уявити, наскільки велика відстань до зірки, скажімо, що промінь світла, що пролітає за одну секунду 300 тисяч кілометрів, витрачає на подорож від Сіріуса до нас кілька років. Астрономи говорять в цьому випадку про відстані в кілька світлових років. За сучасними уточненими даними, відстань до Сіріуса - 8,7 світлових років. А відстань від нас до сонця всього 8 світлових хвилин.

Звичайно, різні зірки відрізняються один від одного (це і враховано в сучасній оцінці відстань до Сіріуса). Тому визначення відстаней до них і зараз часто залишається дуже важкою, а іноді і просто нерозв'язним завданням для астрономів, хоча з часу Гюйгенса придумано для цього чимало нових способів.

Чудова ідея Бруно і заснований на ній розрахунок Гюйгенса стали рішучим кроком до оволодіння таємними Всесвіту. Завдяки цьому межі наших знань про світ сильно розсунулися, вони вийшли за межі Сонячної системи і досягли зірок.

IX. Галактика

З XVII століття найважливішою метою астрономів стало вивчення Чумацького Шляху - цього гігантського зборів зірок, які Галілей побачив у свій телескоп. Зусилля багатьох поколінь астрономів - спостерігачів були націлені на те, щоб дізнатися, яке повне число зірок Чумацького Шляху, визначити його дійсну форму і границі, оцінити розміри. Лише в XIX столітті вдалося зрозуміти, що це єдина система, що містить у собі всі видимі зірки. На рівних правах з усіма входить у цю систему і наше Сонце, а з ним Земля і планети. Причому розташовуються вони далеко не в її центрі, а на її околиці.

Знадобилися ще багато десятиліть ретельних спостережень і глибоких роздумів, перш ніж перед астрономами розкрилося у всій повноті будівля Галактики. Так стали називати зоряну систему, яку ми бачимо, - звичайно, зсередини - як смугу Чумацького Шляху.(Слово «галактика» утворено від новогрецької «галактікос», що означає «молочний».)

Виявилося, що Галактика має досить правильну будову й форму, незважаючи на видиму клочковатості Чумацького Шляху, на безладність, з якою, як нам здається, розсіяні зірки по небу. Вона складається з диска, гало і корони. Як видно з схематичного малюнка, диск являє собою як би дві складені краями тарілки. Він утворений зірками, які всередині цього обсягу рухаються по майже кругових орбітах навколо центру Галактики.

Діаметр диска виміряно - він становить приблизно 100 тисяч світлових років. Це означає, що світла буде потрібно сто тисяч років, щоб перетнути диск від краю до краю по діаметрі. Ось як величезна Галактика! А число зірок у диску - приблизно сто мільярдів.

У гало міститься порівнянне з цим число зірок. (Слово «гало» означає «круглий».) Вони заповнюють злегка сплюснутий сферичний обсяг і рухаються не по круговим, а по сильно витягнутих орбітах. Площини цих орбіт проходять через центр Галактики. За різними напрямками вони розподілені долее-менш рівномірно.

Диск і навколишнє його гало занурені в корону. Якщо радіуси диска і гало порівнянні між собою по величині, то радіус корони в п'ять, а може бути, і в десять разів більше. Чому «може бути»? Та тому, що вона невидима - з неї не виходить ніякого світла. Як же довідалися тоді про неї астрономи?

Всі тіла у природі створюють тяжіння і відчувають його дію. Про це говорить Закон всесвітнього тяжіння, відкритий Ньютоном. От і про корону дізналися не по світу, а по створюваному нею тяжіння. Воно діє на видимі зірки, на випромінюючі світло хмари газу. Спостерігаючи за рухом цих тіл, астрономи і помітили: на них окрім диска і гало діє щось ще.

Детальне вивчення цього «щось» і дозволило врешті-решт знайти корону, яка створює додаткове тяжіння. Вона виявилася дуже масивної - у кілька разів більша за масу всіх зірок, що входять в диск і гало.

Такі відомості, отримані радянським астрономом Я. Ейнасто і його співробітниками в Тартуськой обсерваторії.

Звичайно, вивчати невидиму корону дуже важко. Через це і не дуже точні поки оцінки її розмірів та маси. Але її головна загадка в іншому: ми не знаємо, з чого вона складається. Ми не знаємо, чи є в ній зірки, нехай навіть і якісь незвичайні, зовсім не випромінюють світло.

Зараз багато хто припускає, що її маса складається зовсім не з зірок, а з дрібних елементарних часток - нейтрино. Ці частинки відомі фізикам вже давно, але і самі по собі вони теж значною мірою залишаються загадковими. Невідомо про них, можна сказати, найголовніше: чи є у них маса спокою, тобто така маса, якою частинка володіє в стані, коли вона не рухається, а стоїть на місці. Більшість елементарних частинок таку масу мають.

Це, наприклад, електрон, протон, нейтрон, з яких складаються всі атоми. А ось у фотона, кванта світла, її немає. Фотони існують лише в русі. Нейтрино могли б служити матеріалом для корони, але лише в тому випадку, якщо у них є маса спокою.

Легко уявити собі, з яким нетерпінням чекають астрономи вістей з фізичних лабораторій, де ставляться зараз спеціальні експерименти, щоб з'ясувати, чи є у нейтрино маса спокою чи ні. Можливо, саме фізики і вирішать загадку невидимою корони.

X. Зоряні світи

До початку нашого століття межі розвіданої Всесвіту розсунулися настільки, що включили в себе Галактику. Багато хто, якщо не всі, думали тоді, що ця величезна зоряна система і є весь Всесвіт в цілому.

Але от у 20-ті роки були побудовані нові великі телескопи, і перед астрономами відкрилися абсолютно несподівані горизонти. Виявилося, що за межами Галактики світ не закінчується. Мільярди зоряних систем, галактик, схожих на нашу і відрізняються від неї, розсіяні тут і там по просторах Всесвіту.

Фотографії галактик, зроблені за допомогою найбільших телескопів, вражають красою і різноманітністю форм: це і могутні вихори зоряних хмар, і правильні кулі, а інші зоряні системи взагалі не виявляють ніяких певних форм, вони клочковатое і безформні.Всі ці типи галактик - спіральні, еліптичні, неправильні, - отримали назви за своїм виглядом на фотографіях, відкриті американським астрономом Е. Хабблом в 20-30-і роки нашого століття.

Якщо б ми могли побачити нашу Галактику здалеку, то вона постала б перед нами зовсім не такий, як на схематичному малюнку, за яким ми знайомилися з її будовою. Ми не побачили б ні диска, ні гало, ні, природно, корони, яка і взагалі-то невидима. З великих відстаней були б видні лише найяскравіші зірки. А всі вони, як з'ясувалося, зібрані в широкі смуги, які дугами виходять із центральної області Галактики. Найяскравіші зірки утворюють її спіральний візерунок. Тільки цей візерунок і був би помітний здалеку. Наша Галактика на знімку, зробленому астрономом з якогось зоряного світу, виглядала б дуже схожою на туманність Андромеди.

Дослідження останніх років показали, що багато великих спіральні галактики мають - як і наша Галактика - протяжними і масивними невидимими коронами. Це дуже важливо: адже якщо так, то, значить, і взагалі мало не вся маса Всесвіту (або, у всякому разі, переважна її частина) - це загадкова, невидима, але тяжіє «прихована» маса.

Багато хто, а може бути, і майже всі галактики зібрані в різні колективи, які називають групами, скупченнями і надскупченнями, залежно від того, скільки їх там. До групи може входити лише три або чотири галактики, а в надскупчення - до тисячі, або навіть декількох десятків тисяч. Наша Галактика, туманність Андромеди і ще більше тисячі таких же об'єктів входять в так зване Надскупчення. Воно не має чітко окресленої форми.

Приблизно так само влаштовані і інші сверхскопленія, що лежать далеко від нас, але досить виразно помітні в сучасні великі телескопи.

До недавнього часу астрономи вважали, що ці об'єкти - найбільші освіти у Всесвіті і що будь-які ще більші системи відсутні. Але от з'ясувалося, що це не так.

Кілька років тому астрономи склали дивну карту Всесвіту. На ній кожна галактика представлена лише крапкою. На перший погляд вони розсіяні на карті хаотично. Якщо ж придивитися уважно, то можна виявити групи, скупчення і сверхскопленія, які виглядають тут ланцюжками точок. Але що вражає все, карта дозволяє виявити, що деякі такі ланцюжки з'єднуються і перетинаються, утворюючи якийсь сітчастий або комірчастий візерунок, що нагадує мережива або, може бути, бджолині стільники з розмірами комірок у 100-300 мільйонів світлових років.

Покривають такі «сітки» весь Всесвіт, ще належить з'ясувати. Але кілька окремих осередків, окреслених надскупченнями, вдалося детально вивчити. Усередині них галактик майже немає, всі вони зібрані в «стінки».

Осередок - це попереднє, робоча назва для самого великого освіти у Всесвіті. Більш великих систем у природі немає. Це показує карта Всесвіту. Астрономія досягла нарешті завершення однієї з найбільш грандіозних своїх завдань: вся послідовність, або, як ще кажуть, ієрархія, астрономічних систем тепер цілком відома. І все ж ...

XI. Всесвіт

Більше всього на світі - сам Всесвіт, що охоплює і включає в себе всі планети, зірки, галактики, скупчення, сверхскопленія і осередки. Дальність дії сучасних телескопів досягає декількох мільярдів світлових років.

Планети, зірки, галактики вражають нас дивним різноманітністю своїх властивостей, складністю будови. А як влаштована весь Всесвіт, Всесвіт в цілому?

Її головна властивість - однорідність. Про це можна сказати і точніше. Уявімо собі, що ми подумки виділили у Всесвіті дуже великий кубічний об'єм, з ребром в 500 мільйонів світлових років. Підрахуємо, скільки в ньому галактик. Зробимо такі ж підрахунки для інших, але настільки ж гігантських обсягів, розташованих у різних частинах Всесвіту. Якщо все це зробити і порівняти результати, то виявиться, що в кожному з них, де б їх не брати, міститься однакове число галактик. Те ж саме буде і при підрахунку скупчень або навіть осередків.

Всесвіт постає перед нами всюди однаковою - «суцільний» і однорідною. Простіше пристрою і не придумати. Потрібно сказати, що про це люди вже давно підозрювали. Вказуючи з міркувань максимальної простоти пристрою на загальну однорідність світу, чудовий мислитель Паскаль (1623-1662) говорив, що світ - це коло, центр якого всюди, а окружність ніде. Так за допомогою наочного геометричного образу він стверджував однорідність світу.

В однорідному світі все «місця» рівноправні і будь-яке з них може претендувати на, що воно - Центр миру. А якщо так, то, значить, ніякого центру світу зовсім не існує.

У Всесвіті є і ще один дуже важливий властивість, але про нього ніколи навіть і не здогадувалися. Всесвіт перебувати в русі - вона розширюється. Відстань між скупченнями і надскупченнями постійно зростає. Вони як би розбігаються один від одного. А мережа комірчастої структури розтягується.

У всі часи люди воліли вважати Всесвіт вічною і незмінною. Ця точка зору панувала аж до 20-х років нашого століття. У той час вважалося, що вона обмежена розмірами нашої Галактики. Шляхи можуть народжуватися і вмирати, Галактика все одно залишається все тією ж, як незмінним залишається ліс, в якому покоління за поколінням змінюються дерева.

Справжній переворот в науці про Всесвіт зробили в 1922 - 1924 роках роботи ленінградського математика і фізика А. Фрідмана. Спираючись на щойно створену тоді А. Ейнштейном загальну теорію відносності, він математично довів, що світ - це не щось застигле і незмінне. Як єдине ціле він живе своїм життям динамічної, змінюється в часі, розширюючись або стискаючись за строго певними законами.

Фрідман відкрив рухливість зоряного Всесвіту. Це було теоретичне пророкування, а вибір між розширенням і стисканням потрібно зробити на підставі астрономічних спостережень. Такі спостереження в 1928 - 1929 роках вдалося виконати Хабблу, відомого вже нам досліднику галактик.

Він виявив, що далекі галактики і цілі їхні колективи рухаються, віддаляючись від нас в усі сторони. Але так і має виглядати, відповідно з прогнозами Фрідмана, загальне розширення Всесвіту.

Звичайно, це не означає, що галактики розбігаються саме від нас. Інакше ми повернулися б до старим поглядам, до докоперніковой картині світу із Землею в центрі. Насправді загальне розширення Всесвіту відбувається так, що всі вони віддаляються один від одного, і з будь-якого місця картина цього розбігання виглядає так, як ми бачимо її з нашої планети.

Якщо Всесвіт розширюється, то, значить, в далекому минулому скупчення були ближчими один до одного. Більш того: з теорії Фрідмана слід, що п'ятнадцять - двадцять мільярдів років тому ні зірок, ні галактик ще не було і вся речовина була перемішана і стисло до колосальної щільності. Це речовина була тоді і немислимо гарячим. З такого особливого стану і почалося загальне розширення, яке призвело згодом до утворення Всесвіту, яким ми бачимо і знаємо її зараз.

Загальні уявлення про будову Всесвіту складалися протягом всієї історії астрономії. Проте у нашому столітті змогла з'явитися сучасна наука про будову і еволюцію Всесвіту - космологія.

XII. Висновок

Ми знаємо будову Всесвіту у величезному обсязі простору, для перетину якого світла потрібні мільярди років. Але допитлива думка людини прагне проникнути далі. Що лежить за межами спостерігається області світу? Нескінченна чи Всесвіт за обсягом? І її розширення - чому воно почалося і чи буде воно завжди тривати в майбутньому? А яке походження «прихованої» маси? І нарешті, як зародилася розумне життя у Всесвіті?

Чи є вона ще де-небудь крім нашої планети? Остаточні та вичерпні відповіді на ці питання поки що немає.

Всесвіт невичерпна. Невтомна і спрага знання, що змушує людей ставити нові і нові питання світу і наполегливо шукати відповіді на них.

Размещено на Allbest.ru