Реферат: Современная модель эволюции Вселенной

теоретически предсказано еще в 30-х годах. Однако обнаружить их удалось

только в 1967 году по необычному импульс­ному радиоизлучению.

Звезды обладают различными поверхностными температурами - от несколь­ких

тысяч до десятков тысяч градусов. Различен и цвет звезд. Срав­нительно

“холодные” звезды - с температурой около 3-4 тыс. градусов - красно­ватого

цвета. Наше Солнце, поверхность которого “нагрета” до 6 тысяч градусов,

обладает желто-зеленым цветом. Самые горячие звезды - с температурой,

превосходя­щей 10 - 12 тысяч градусов, - белые и голубоватые.

Температура поверхности Солнца составляет около 6000 C0.

Звезды обычно кажутся нам неподвижными. Но это лишь видимость. Так, нам

кажется, что Солнце движется по небу относительно неподвижной Земли, а на

самом деле наша планета вращается вокруг дневного светила. Нам кажется, что

Солнце и Луна имеют примерно одинаковые размеры, а в действительности Солнце

во много раз больше естественного спутника Земли, но расположено гораздо

дальше Луны...

Движутся и звезды. Но для того чтобы заметить их перемещение, надо сравнивать

положение звезд на небе через достаточно длительные промежутки времени,

например через десятки лет.

Один из самых грандиозных физических процессов во Вселенной - вспышки так

называемых новых и сверхновых звезд. В дей­ствительности звезда существует и

до вспышки. Но в какой-то момент под действием бурных физических процессов

такая звезда неожиданно увеличивается в объеме, “раздувается”, сбрасывает

свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выделяет чудовищную

энергию, светя, как миллиарды солнц. Затем, исчерпав свои ресурсы, эта звезда

постепенно тускнеет, а на месте вспышки остается газовая ту­манность.

Наше Солнце – “одинокая” звезда. Она лишена подобных себе горячих спутни­ков.

Но во Вселенной есть двойные, тройные и более сложные звездные системы, члены

которых связаны друг с другом силами взаимного притяжения и обращаются вокруг

общего центра масс. Некоторые скопления содержат десятки, сотни и тысячи

звезд. А число звезд в больших шаровых скоплениях достигает даже сотен тысяч.

Межзвездное пространство тоже не пусто. Оно заполнено газовыми и пылевыми

частицами, которые в некоторых местах образуют гигантские облака -

туманности, светлые и темные.

Звезды, составляющие Галактику, движутся вокруг ее центра по очень сложным

орбитам. С огромной скоростью - около 250 км/сек. несется в ми­ровом

пространстве и наше Солнце, увлекая за собой свои планеты. Солнечная систе­ма

совершает один полный оборот вокруг галактического центра за 180 млн. лет.

Ближайшие к нашей Галактике звездные системы удалены от нас на расстояние

около 150 тыс. световых лет. Они видны на небе Южного полушария как

малень­кие туманные пятнышки.

Наша Галактика и другие соседние звезд­ные системы образуют Местную систему

галактик. В ее состав входит 16 галактик, а поперечник ее равен 2 млн.

световых лет. Исследования показывают, что звездные острова, галактики -

типичные объекты Вселенной. Астро­номам теперь известно великое множество

галактик во всех участках небесной сферы.

Галактики имеют разнообразную форму и строение. Есть галактики шаровые и

эллиптические, галактики в форме диска, спиралевидные, подобно нашей,

наконец, галактики неправильной формы. В области, доступной современным

средствам астрономических исследований, насчитываются миллиарды галактик. Их

совокупность ученые назвали Метагалактикой.

Вселен­ная - это вовсе не простая совокупность небесных тел, в ней постоянно

происходят чрезвычайно сложные и многообразные физические процессы.

И именно с этой точки зрения изучение Вселенной представляет наибольший

интерес для современного естествознания. Космос - бесконечно разнообразная

ла­боратория, где можно изучать такие состояния материи, такие физические

условия и процессы, которые недостижимы у нас на Земле.

Стремительный прогресс науки и техники в период научно - технической

револю­ции, современниками которой мы являемся, ведет ко все новым и новым

открыти­ям, все более глубокому проникновению в самые сокровенные тайны

природы, к дальнейшему познанию фундаментальных законов мироздания. И

Вселенная в наше время становится все более важным источником уникальной

информации о явлениях природы.

Галактики разбегаются от нас во всех направлениях и, чем дальше находится та или

иная галактика, тем с большей скоростью она движется. Происходит общее

расширение Метагалактики, которое совершается таким образом, что

скорость взаимного удаления двух звездных систем тем выше, чем больше

расстояние между ними.

Картину взаимного разбегания галактик можно мысленно повернуть вспять, и

тогда мы придем к выводу, что в отдаленном прошлом, около 15-20 миллиардов

лет назад, материя находилась в ином состоянии, нежели в нашу эпоху. Тогда не

было еще ни звезд, ни планет, ни туманностей, ни галактик. Вся материя была

сосредоточе­на в очень плотном компактном сгустке горячей плазмы - смеси

элементарных частиц вещества и излучения. Затем произошел взрыв этого сгустка

и началось его расширение, в процессе которого образовались сначала атомы, а

затем звезды, галак­тики и все другие космические объекты.

Так возникла теория расширяющейся Вселенной - одна из наиболее

впечатляю­щих научных теорий XX столетия. Представления о неизменной,

стационарной Все­ленной уступили место новым представлениям о Вселенной,

меняющейся с течением времени. Это был новый, чрезвычайно важный шаг в познании

свойств окружающего нас мира. Дальнейшие исследования показали, что различные

нестационарные явле­ния вообще играют важную роль в современной Вселенной.

Теория предсказывала, что, когда в процессе расширения температура среды

упадет до нескольких тысяч градусов, она станет прозрачной для

электромагнитных волн. Тогда электромагнитное излучение как бы “оторвется” от

вещества и посте­пенно заполнит все пространство Вселенной. И действительно,

в середине 60-х годов реликтовое излучение удалось зарегистрировать.

Исследование его физических свойств показало, что первоначальное вещество

действительно обладало чрезвычайно высокой температурой. Тем самым было

полу­чено наблюдательное подтверждение справедливости теории горячей

расширяющей­ся Вселенной. Существование реликтового излучения - очень важное,

решающее подтверждение того фундаментального факта, что мы, в самом деле,

живем в расширяющейся Метагалактике.

Следовательно, Вселенная не всегда была такой, как в современную эпоху. Она

изменяется с течением времени; ее прошлое не тождественно настоящему, а

настоя­щее - будущему. Таким образом, когда-то нашей Вселенной вообще не

существова­ло, хотя и тогда была материя, из которой она впоследствии

образовалась. Материаль­ный мир вечен, а Вселенная - его часть, выделенная

человеком. В процессе своей по­знавательной и практической деятельности

человек выделяет, вычленяет из беско­нечно разнообразного материального мира

определенные объекты, явления, связи, взаимодействия. Это как бы конечный

“срез” бесконечно разнообразного мира - наша Вселенная, или, как ее иногда

называют Вселенная естествоиспытателя.

Если в первой половине XX столетия астрофизики интересовались главным

об­разом изучением тех свойств космических объектов, которые характеризуют их

современное состояние, то в последние десятилетия астрофизика превратилась в

эво­люционную науку, в центре внимания которой находятся закономерности

происхож­дения и развития космических объектов.

Если мы будем знать закономерности эволюционных процессов, то сможем

прогнозировать развитие космических явлений и будущие состояния космических

объектов, исходя из их современных состояний. А это задача, имеющая не только

чисто теоретическое, но и огромное практическое значение: ведь в физическом

отноше­нии мы сами являемся частью Вселенной и наше существование тесно

связано с “космической обстановкой”.

В современ­ной астрофизике существуют две основные концепции по возникновению

и развитию космических объектов. Одна из них, наиболее распространенная, - ее

часто называют “классической” - исходит из того, что космические объекты

образуются в результате сгущения конденсации рассеянного диффузного вещества

- газа и пыли. Согласно другой концепции, разви­ваемой известным советским

ученым академиком В. А. Амбарцумяном, космичес­кие объекты возникают в

результате распада на части, фрагментации плотных или сверхплотных

“прототел”, сгустков “дозвездного” вещества. Какая из этих гипотез более

справедлива - покажут будущие исследования.

В 1963 году на очень больших расстояниях от нашей Галактики, на границах

наблюдаемой Все­ленной, были обнаружены удивительные объекты, получившие

впоследствии назва­ние квазаров. При сравнительно небольших размерах,

квазары выделяют колоссальную энергию, примерно в 100 раз превосходящую энергию

излучения самых гигантских галактик, состоящих из десятков и сотен миллиардов

звезд.

Оказывается, чем дальше от нас находится тот или иной космический объект, тем

в более отдаленном прошлом мы его наблюдаем. Это связано с конечной скоростью

распространения света. Хотя она и составляет 300 тысяч км/сек. даже при такой

огромной скорости для преодоле­ния космических расстояний необходимы долгие

годы, десятки, сотни, миллионы и миллиарды лет. Поэтому, глядя на небо, мы

видим космические объекты - Солнце, планеты, звезды, галактики в прошлом.

Причем различные объекты - в разном прошлом. Например, Полярную звезду -

такой, какой она была около шести веков назад.

Все это говорит о том, что излучение квазаров и активность ядер галактик

связа­ны со сходными физическими процессами. Однако вопрос о природе этих

процессов все еще остается открытым.

Еще один очень интересный вопрос, связанный с изучением Вселенной, -

геометрические свойства пространства, его конечность или бесконечность.

Эту проб­лему пытались решить еще великие философы древности.

В прошлом понятие Вселенной отождествлялось с понятием материального мира. И

когда речь шла о конечности или бесконечности Вселенной, то фактически

рассматривался вопрос о конечности или бесконечности материальною мира.

На протяжении истории науки представления о геометрических свойствах

про­странства менялись не раз. Аристотель и Птолемей ограничивали мир “сферой

непод­вижных звезд”, классическая физика Ньютона, наоборот, приходила к

выводу о бес­конечности мирового пространства. И лишь с возникновением теории

относитель­ности А. Эйнштейна появилась возможность более глубоко разобраться

в существе этой проблемы. Если физика Ньютона рассматривала пространство как

простое вме­стилище небесных тел, то А. Эйнштейну удалось вскрыть тесную

связь между гео­метрией пространства и материей.

Таким образом, пространство, в котором мы живем, искривлено. А в

искрив­ленном мире “неограниченность” и “бесконечность” - не одно и то же.

Оказывается, неограниченное пространство, то есть пространство, не имеющее

“края”, гра­ницы, в то же время может быть конечным, как бы замкнутым в себе.

Что касается мирового пространства, то его неограниченность не вызывает

сом­нения. Мир - это материя, а материя не может иметь границ в том смысле,

что за материальным миром может располагаться нечто нематериальное. И это,

разумеется, принципиальный философский вопрос - вопрос о материальном

единстве мира.

Что же касается его конечности или бесконечности, то этот вопрос могут решить

только конкретные науки - астрономия и физика.

Современные средства астрономических наблюдений - мощные телескопы и

радиотелескопы - охватывают огромную область пространства радиусом около 12

миллиардов световых лет.

Развитие астрономии в XX веке выявило тесную взаимосвязь и взаимозависимость

между существованием жизни на Земле и свойствами Вселенной. В физическом

отношении человечество является частью Вселенной и подчиняется действующим в

ней физическим и другим закономерностям. В частности, само возникновение

жизни на Земле обусловлено всем ходом эволюции материи во Вселенной,

эволюции, на определенном этапе которой сложились условия, сделавшие

возможным образова­ние живых структур.

Таким образом, в широком смысле слова Вселенная является средой нашего

обитания. Поэтому немаловажное значение для практической деятельности

чело­вечества имеет то обстоятельство, что во Вселенной господствуют

необратимые фи­зические процессы, что она изменяется с течением времени.

Человек приступил к ос­воению космоса, наши свершения приобретают все больший

размах, глобальные и даже космические масштабы. И для того, чтобы учесть их

близкие и отдаленные последствия, те изменения, которые они могут внести в

состояние среды нашего обитания, в том числе и космической, мы должны

принимать во внимание не толь­ко земные процессы, но и закономерности

космического масштаба.

Семья Солнца

Солнечная система - это, прежде всего звезда Солнце и девять планет,

обращаю­щихся вокруг него. В порядке расстояний от светила, они располагаются

следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун

и Плутон. Три последние планеты с Земли можно наблюдать только в

телескопы. Остальные видны как более или менее яркие кружки и известны людям со

времен глубокой древности.

Солнце служит центром притяжения не только для девяти больших планет, но и

для десятков (а возможно, и сотен) тысяч различных космических тел: планетных

спутников, астероидов, комет, а также метеоритов, частиц газопылевой материи,

рассеянных атомов различных химических элементов, потоков атомных частиц и т.

д.

Солнечная система, таким образом, весьма сложное образование, ряд

закономер­ностей которого стал доступен для изучения лишь в последние

десятилетия. Огромную роль в их исследовании приобретает сейчас космонавтика

- наиболее мощное и перспективное средство познания Вселенной.

Один из центральных вопросов, связанных с изучением нашей планетной систе­мы, -

проблема ее происхождения. Как возникла семья небесных тел,

обращающих­ся вокруг Солнца? Ответ на этот вопрос имеет не только важное

естественнонаучное, но и мировоззренческое, философское значение. На протяжении

веков ученые пыта­лись выяснить прошлое, настоящее и будущее Вселенной. Нередко

их представления были в той или иной степени связаны с господствовавшими

религиозными воззрения­ми. Но еще в глубокой древности зародилась мысль, что

мир не был создан никем из богов. Он всегда существовал и будет существовать.

Одни миры возникают, раз­виваются, другие - разрушаются и умирают. Земля, как и

другие миры, сформиро­валась в результате естественных причин.

Однако такие гениальные догадки настолько опережали эпоху, что не могли быть

восприняты современниками. В споре о путях происхождения и развития Зем­ли и

планет столкнулись два прямо противоположных и непримиримых суждения о том,

что лежит в основе мироздания - дух или вечно существующая мате­рия? Создан

ли мир богом, или он существует вечно?

В отличие от идеалистов, утверждающих первичность духа и считающих мир

продуктом творения бога, материалисты признают первичность материи.

Подтверждая свои выводы практикой исследований и наблюдений, осно­вываясь на

повседневном опыте, материалисты доказывают, что все небесные тела, в том

числе Земля и планеты, могли возникнуть лишь из других форм материи, то есть,

сформировались естественным путем. В наше время все сколько-нибудь

значительные космогонические гипотезы являются последовательно

материа­листическими.

Важной закономерностью является то, что все планеты движутся вокруг Солнца в

одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона) и почти по

круговым орбитам.

По своим физическим характеристи­кам планеты образуют две различные группы,

отличающиеся размерами, плотностью, химическим составом планет. Одна из них

состоит из сравнительно небольших планет земной группы - Меркурия, Венеры,

Земли и Марса. Их вещество отличается высо­кой плотностью: в среднем около 5,5

г/см3, что в 5,5 раза превосходит плотность воды. Другую группу

составляют планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти планеты обладают

огромными массами. Так, масса Урана равна 15 земным мас­сам, а Юпитера - 318.

Все планеты этой группы сравнительно быстро вращаются вокруг своей оси. Сутки

на Нептуне длятся, например, 15 часов 48 минут, а на Юпи­тере - всего 9 часов

50 минут. Состоят планеты - гиганты главным образом из водо­рода и гелия, а

средняя плотность их вещества близка к плотности воды. Судя по всему, у этих

планет нет твердой поверхности, подобной поверхности планет земной группы.

Особое место занимает девятая планета - Плутон, - открытая в марте 1930 го­да.

По своим размерам она ближе к планетам земной группы. Не так давно астроно­мам

удалось обнаружить, что Плутон - двойная планета: она состоит из центрального

тела и очень большого спутника. Оба небесных тела обращаются вокруг общего

центра масс. Плутон необычен и в другом отношении. В то время как орбиты всех

остальных планет лежат приблизительно в одной плоскости, плоскость орбиты

Плутона наклонена к ней под уг­лом около 17 градусов.

Согласно современным представлениям, планеты Солнечной системы образова­лись из

холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад.

Наиболее последовательно такая точка зрения проведена в работах советского

уче­ного академика О.Ю. Шмидта.

В основе теории О. Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем

объе­динения твердых тел и пылевых частиц. Возникшее около Солнца газопылевое

об­лако вначале состояло на 98% из водорода и гелия. Остальные элементы

конденсировались в пылевые частицы. Однако беспорядочное движение газа в

облаке быстро прекратилось: оно сменилось спокойным обращением облака вокруг

Солнца.

Пылевые частицы сконцентрировались в центральной плоскости, образовав слой

повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого

“крити­ческого“ значения, его собственное тяготение стало “соперничать” с

тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные

пылевые сгуст­ки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество

сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобрели почти круговые орбиты

и в своем росте начали обгонять другие тела, став потенциальными зародышами

будущих планет. Как более массивные тела, новообразования присоединили к себе

оставшееся вещество газо­пылевого облака. В конце концов сформировалось

девять больших планет, движение которых по орбитам остается устойчивым на

протяжении миллиардов лет.

Таким образом, почти круговые орбиты планет явились результатом осредне­ния

орбит тел, объединившихся в планеты. Деление планет на две группы связано с

тем, что в далеких от Солнца частях облака температура была низкой и все

веще­ства, кроме водорода и гелия, образовали твердые частицы. Среди них

преоблада­ли метан, аммиак и вода, определившие состав Урана и Нептуна. В

составе самых массивных планет - Юпитера и Сатурна, кроме того, оказалось

значительное коли­чество газов. В области планет земной группы температура

была значительно выше, и все летучие вещества (в том числе метан и аммиак)

остались в газообразном состоянии и, следовательно, в состав планет не вошли.

Планеты этой группы сфор­мировались в основном из силикатов и металлов.

Научная теория происхождения Солнечной системы подтверждается

многочис­ленными наблюдениями. Однако сейчас еще нельзя сказать, что процесс

об­разования планет досконально изучен.

Центральное тело нашей планетной системы - Солнце. Оно могучий ис­точник

энергии: ежесекундно наше светило излучает такое количество тепла, кото­рого

вполне хватило бы, чтобы растопить слой льда, окружающий земной шар, тол­щиной

в тысячу километров.

Ученые давно задумывались над тем, каким образом Солнце восполняет запасы

своей энергии, столь щедро излучаемой в мировое пространство. На первых порах

наиболее естественным считалось предположение, что энергия нашего дневного

светила не пополняется. Но в таком случае температура Солнца должна была бы

заметно понижаться (по расчетам, на 2 процента в год), а следовательно,

непрерывно уменьшалось бы количество тепла и света, получаемых Землей. Между

тем измере­ния, проводившиеся на протяжении ряда лет на специальных горных

станциях, говорят о том, что поток светового и теплового излучения Солнца

практически не меняется. А это означает, что энергия нашего светила постоянно

пополняется из какого-то источника.

В свое время высказывалось предположение, что таким источником может слу­жить

непрерывное сжатие Солнца, происходящее под действием сил тяготения. Так

действительно могло бы происходить, но тогда источника тепла и света хватило

бы всего на 20 миллионов лет. Между тем геологические данные убедительно

свидетель­ствуют, что наша планета существует не менее 5 миллиардов лет.

Возраст Солнца, следовательно, по крайней мере не ниже этой цифры.

В настоящее время можно считать доказанным, что в недрах Солнца при огром­нейших

температурах - порядка миллионов градусов - и чудовищных давлениях протекают

так называемые термоядерные реакции, которые сопровождаются выде­лением

огромного количества энергии. Термоядерная реакция в недрах Солнца будет

происходить до тех пор, пока не иссякнут запасы водорода. В настоящее время они

составляют около 60% массы Солнца. Такого резерва должно хватить по меньшей

мере на несколько де­сятков миллиардов лет. Следовательно, человечество на

долгие времена обеспечено солнечным теплом и светом.

Наше Солнце - источник не только света и тепла: его поверхность излучает

по­токи невидимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также корпускул -

заряженных частиц вещества. Воздействие этих излучений на характер процессов

в земной атмосфере было замечено уже много лет назад. Но изучение их по-

настоя­щему началось лишь в последние годы. Хотя количество тепла и света,

посылаемого на Землю Солнцем, на протяжении многих сотен миллионов лет

остается постоян­ным, интенсивность его невидимых излучений значительно

меняется: она зависит от уровня так называемой солнечной активности.

Солнце оказывает заметное влияние не только на такие природные процессы, как

погода, земной магнетизм, но и на биосферу - животный и растительный

мир Земли, а также на человека.

Влияние солнечной активности на биологические процессы отмечалось многими

исследователями. В конце прошлого столетия русский ученый Н. Шведов

обнару­жил связь между толщиной годичных колец у деревьев и циклами

активности наше­го дневного светила. Другие ученые установили связь между

солнечной активностью и ростом морских кораллов, размножением рыб и грызунов,

набегами саранчи.

Вернемся к нашим соседям по Солнечной системе. Начнем с ближайшего к нам

Страницы: 1, 2, 3