Краткий очерк строения вселенной
Строение и эволюция Вселенной и Солнечной системы
Согласно современным представлениям, полученным в результате многовековых наблюдений и исследований, строение Вселенной в основных чертах следующее.
Изученная часть пространства заполнена огромным количеством звезд — небесных
тел, подобных нашему Солнцу.
Звезды рассеяны в пространстве вселенной неравномерно, они образуют системы, называемые
галактиками. Галактики имеют в большинстве своем эллипсоидальную и сплюснутую,
чечевицеобразную форму. Их размеры таковы, что свет, распространяясь со
скоростью 300 000 км/сек, проходит расстояние от одного края галактики до
другого за десятки и сотни тысяч лет.
Расстояния между отдельными галактиками еще больше — они в десятки раз
превосходят размеры самих галактик.
Число звезд в каждой галактике огромно — от сотен миллионов до сотен миллиардов
звезд. С Земли галактики видны как слабые туманные пятна, и поэтому их раньше
называли внегалактическими туманностями. Только в близких к нам галактиках и
только на фотографиях, полученных самыми сильными телескопами, можно рассмотреть
Внутри галактик звезды распределены также неравномерно, концентрируясь к их
центрам и образуя различные скопления.
Пространство между звездами в галактиках и пространство между галактиками
заполнено материей в виде газа, пыли, элементарных частиц, электромагнитного
излучения и гравитационных полей. Плотность вещества межзвездной и
межгалактической среды очень низка. Солнце и большинство звезд и звездных
скоплений, наблюдаемых на небе, образуют систему, которую мы называем нашей
Галактикой; огромное количество входящих в нее слабых звезд представляется
невооруженному глазу белесой полосой, проходящей через все небо и называемой
Солнце — одна из многих миллиардов звезд Галактики. Но Солнце — не одинокая
звезда: оно окружено планетами — темными телами, вроде нашей Земли. Планеты (не
все) в свою очередь имеют спутников. Спутником Земли является Луна. Солнечной
системе принадлежат также астероиды (малые планеты), кометы и метеорные тела.
Наука располагает данными, позволяющими утверждать, что многие звезды в нашей
Галактике и звезды в других галактиках имеют планетные системы, подобные
Во Вселенной все находится в движении. Движутся планеты и их спутники, кометы и
метеорные тела; движутся Солнце и звезды в галактиках, движутся галактики друг
относительно друга. Как нет пространства без материи, так нет и материи без
Основные черты строения Вселенной, описанные выше, выявлены в результате
огромной работы, которая велась в течение тысячелетий. Конечно, различные части
Вселенной изучены с различной полнотой. Так, до XIX в. в основном изучалась
Солнечная система и лишь с середины XIX в. началось успешное изучение строения
Млечного Пути, а с начала XX в. — звездных систем.
Дальнейшие наблюдения и исследования должны объяснить еще очень многое в
строении и развитии Вселенной. Они должны уточнить нарисованную выше картину,
для чего необходимо будет решить много важных и принципиальных вопросов. И
несмотря на огромную отдаленность небесных объектов, современные методы и
средства исследований позволяют с уверенностью говорить о том, что многие из
этих вопросов будут решены уже в недалеком будущем.
Что такое Вселенная
Вселенная — это понятие в астрономии и философии не имеющее строгого определения. Оно делится на две принципиально отличающиеся сущности: умозрительную (философскую) и материальную, доступную наблюдениям в настоящее время или в обозримом будущем.
В историческом плане для обозначения «всего пространства» использовались различные слова, включая эквиваленты и варианты из различных языков, такие как «космос», «мир», «небесная сфера». Использовался также термин «макрокосмос», хотя он предназначен для определения систем большого масштаба, включая их подсистемы и части. Аналогично, слово «микрокосмос» используется для обозначения систем малого масштаба.
Любое исследование, любое наблюдение, будь то наблюдение физика за тем, как раскалывается ядро атома, ребёнка за кошкой или астронома, ведущего наблюдения за отдалённой галактикой, — всё это наблюдение за Вселенной, вернее, за отдельными её частями. Эти части служат предметом изучения отдельных наук, а Вселенной в максимально больших масштабах, и даже Вселенной как единым целым занимаются астрономия и космология; при этом под Вселенной понимается или область мира, охваченная наблюдениями и космическими экспериментами, или объект космологических экстраполяций — физическая Вселенная как целое.
Источник
Строение и эволюция Вселенной
Строение Вселенной
Гипотезы о строении и эволюции Вселенной выдвигались еще в античности. Уже когда появилось учение Коперника многим интересующимся данной темой было ясно, что Земля — это лишь песчинка в огромном океане космоса. С развитием астрономии выяснили, что расстояние до максимально удаленных объектов Вселенной составляет приблизительно 45,7 млрд световых лет ($4.3×10^<23>$м). И в таких масштабах Вселенная имеет однородную нитевидную структуру. Вещество во Вселенной распределено в нитевидных сверхскоплениях галактик, области между которыми составляют размеры порядка нескольких миллионов световых лет и не имеют светящегося вещества.
Сверхскопление — это группа скоплений галактик, содержащая от двух до двадцати скоплений. Каждое скопление — это гравитационно-связанная система нескольких галактик, имеющая диаметр порядка десятков миллионов световых лет и массу порядка $10^<14>-10^<15>$ солнечных масс.
Рис. 1. Крупномасштабная структура Вселенной.
Эволюция Вселенной
Изучение Вселенной показывает, что ее размер со временем увеличивается — Вселенная расширяется. Процесс расширения Вселенной начался 14 млрд лет назад из плотного компактного состояния в результате события, называемого Большим взрывом.
Планковская эпоха
Схема эволюции Вселенной такова. В самые ранние моменты жизни (от нуля до $ <10>^ <-43>$с, планковская эпоха) вещество имело плотность порядка $ <10>^ <97>$ кг на м³ и температуру порядка $ <10>^ <32>$К. Квантовые эффекты преобладали над остальными, а все фундаментальные взаимодействия существовали в виде одного общего взаимодействия.
Ранние этапы эволюции Вселенной
Эта эпоха началась с отделения гравитации от общего электроядерного взаимодействия. Плотность вещества в эту эпоху упала до уровня $10^<74>$ кг на м³, а температура — до $10^<27>$К. Отделение гравитации привело к нарушению симметрии в молодой Вселенной и заложило основу для неоднородности в ней. Сама Вселенная в этот момент представляла кварк-глюонную плазму.
Ко времени $10^<-35>$с температура во Вселенной упала настолько, что свободные кварки и глюоны начали объединяться в адроны, в том числе в протоны и нейтроны — основу вещества будущей Вселенной. Сильное взаимодействие отделилось от электрослабого. Адроны обрели стабильность, причем одновременно существовали как частицы, так и античастицы.
Лишь ко времени $10^<-6>$с плазма охлаждается настолько, что частицы и античастицы начинают аннигилировать с образованием большого числа фотонов. Небольшое нарушение симметрии обусловило избыток вещества над антивеществом.
Далее по мере уменьшения плотности и температуры возникает возможность нуклеосинтеза: протоны объединяются в ядра, электроны занимают места в электронных оболочках. Этот процесс начинается примерно через 300 тыс. лет после Большого взрыва.
Рис. 2. Эволюция Вселенной.
Современная эпоха
Нуклеосинтез завершается образованием во Вселенной 75 % водорода, 25 % гелия и следов других элементов. Ко времени 800 млн лет после Большого взрыва начинается эра вещества. Газ, заполняющий Вселенную, начинает образовывать неоднородности и сгустки. Средняя температура в это время во Вселенной опустилась до тысяч кельвинов, что недостаточно для ядерных реакций.
Однако по мере сгущения протозвездных облаков давление и температуры в их ядрах вновь начинают повышаться, что приводит к «зажиганию» термоядерных реакций, и во Вселенной появляются первые звезды. Звезды объединяются гравитацией и движением в галактики, те — в скопления галактик.
Рис. 3. Местная группа галактик.
Что мы узнали?
Вселенная образовалась 14 млрд лет назад в результате Большого взрыва. По мере расширения плотность и температура падали, что привело к образованию вещества, облаков газа, а впоследствии и звезд. В самом крупном масштабе Вселенная имеет волокнистую структуру сверхскоплений и областей без излучающего вещества.
Источник
Краткий очерк строения Вселенной
Основа и источник астрономических исследований
Основа астрономии — наблюдения. Наблюдения доставляют нам основные факты, которые позволяют объяснить то или иное астрономическое явление. Дело в том, что для объяснения многих астрономических явлений необходимы тщательные измерения и расчеты, которые помогают выяснению действительных, истинных обстоятельств, вызвавших эти явления. Так, например, нам кажется, что все небесные тела находятся от нас на одинаковом расстоянии, что Земля неподвижна и находится в центре Вселенной, что все светила вращаются вокруг Земли, что размеры Солнца и Луны одинаковы и т.д. Только тщательные измерения и их глубокий анализ помогают отрешиться от этих ложных представлений.
Основным источником сведений о небесных телах являются электромагнитные волны, которые либо излучаются, либо отражаются этими телами. Определение направлений, по которым электромагнитные волны достигают Земли, позволяет изучать видимые положения и движение небесных тел. Спектральный анализ электромагнитного излучения дает возможность судить о физическом состоянии этих тел.
Особенностью астрономических исследований является также и то, что до последнего времени у астрономов отсутствовала возможность постановки опыта, эксперимента (если не считать исследований упавших на Землю метеоритов и радиолокационных наблюдений), и все астрономические наблюдения производились только с поверхности Земли.
Однако с запуском первого искусственного спутника Земли в нашей стране в 1957 г. началась эра космических исследований, что позволило применить в астрономии методы других наук (геологии, геохимии, биологии и т.п.). Астрономия продолжает оставаться наблюдательной наукой, но недалек тот день, когда астрономические наблюдения будут производиться не только с межпланетных станций и орбитальных обсерваторий, но и с поверхности Луны или других планет.
Согласно современным представлениям, полученным в результате многовековых наблюдений и исследований, строение Вселенной в основных чертах следующее.
Изученная часть пространства заполнена огромным количеством звезд — небесных тел, подобных нашему Солнцу.
Звезды рассеяны в пространстве неравномерно, они образуют системы, называемые галактиками. Галактики имеют в большинстве своем эллипсоидальную и сплюснутую, чечевицеобразную форму. Их размеры таковы, что свет, распространяясь со скоростью 300 000 км/сек, проходит расстояние от одного края галактики до другого за десятки и сотни тысяч лет.
Расстояния между отдельными галактиками еще больше — они в десятки раз превосходят размеры самих галактик.
Число звезд в каждой галактике огромно — от сотен миллионов до сотен миллиардов звезд. С Земли галактики видны как слабые туманные пятна, и поэтому их раньше называли внегалактическими туманностями. Только в близких к нам галактиках и только на фотографиях, полученных самыми сильными телескопами, можно рассмотреть отдельные звезды.
Внутри галактик звезды распределены также неравномерно, концентрируясь к их центрам и образуя различные скопления.
Пространство между звездами в галактиках и пространство между галактиками заполнено материей в виде газа, пыли, элементарных частиц, электромагнитного излучения и гравитационных полей. Плотность вещества межзвездной и межгалактической среды очень низка. Солнце и большинство звезд и звездных скоплений, наблюдаемых на небе, образуют систему, которую мы называем нашей Галактикой; огромное количество входящих в нее слабых звезд представляется невооруженному глазу белесой полосой, проходящей через все небо и называемой Млечным Путем.
Солнце — одна из многих миллиардов звезд Галактики. Но Солнце — не одинокая звезда: оно окружено планетами — темными телами, вроде нашей Земли. Планеты (не все) в свою очередь имеют спутников. Спутником Земли является Луна. Солнечной системе принадлежат также астероиды (малые планеты), кометы и метеорные тела.
Наука располагает данными, позволяющими утверждать, что многие звезды в нашей Галактике и звезды в других галактиках имеют планетные системы, подобные Солнечной.
Во Вселенной все находится в движении. Движутся планеты и их спутники, кометы и метеорные тела; движутся Солнце и звезды в галактиках, движутся галактики друг относительно друга. Как нет пространства без материи, так нет и материи без движения.
Основные черты строения Вселенной, описанные выше, выявлены в результате огромной работы, которая велась в течение тысячелетий. Конечно, различные части Вселенной изучены с различной полнотой. Так, до XIX в. в основном изучалась Солнечная система и лишь с середины XIX в. началось успешное изучение строения Млечного Пути, а с начала XX в. — звездных систем.
1. Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии. Учебник. – М., Наука,1983. – 560 с.
2. Дагаев М.М. Астрономия. Учебник для педагогических вузов. — М., Наука, 1983. – 384 с.
3. Гинзбург В.Л. Современная астрофизика. — М., Наука, 1970.
4. Зельдович Я.Б., Новиков И.Л. Теория тяготения и эволюция звезд. – М., 1971.
5. Шама Д. Современная космология. Перевод с английского, М., 1973.
6. Астрономический календарь. Постоянная часть. – М., Наука, 1981 – 704 с.
7. Астрономический календарь. Переменная часть. Ежегодник., 2004 – 367 с.
8. Дагаев М.М. Сборник задач по астрономии (пособие для вузов). – М., 1981.
9. Воронцов, Вельяминов Б.А. Сборник задач по астрономии для средней школы. – М., 1981 – 56 с.
10. Данлоп С. Азбука звездного неба (перевод с английского). – М., Мир, 1990 – 238 с.
11. Пановкин Б.Н. Радиоастрономия. – М., Знание, 2003 – 64 с.
12. Амбарцумян Б.А. Загадки Вселенной. – М., Педагогика, 2003 – 106 с.
13. Дагаев М.М. Лабораторный практикум по курсу общей астрономии. – М., Высшая школа.
14. Программы для внешкольных учреждений, 1972 – 282 (с приложением).
15. Астрономия, космонавтика. – М., Просвещение, 2004 – 152 с.
Источник