Сообщение на тему изучение вселенной. Исследование вселенной. Профессиональный институт управления

Выполнила студентка гр.ПИ-05-1: Цааева Д.Б.

Грозненский государственный нефтяной институт
имени академика М.Д. Миллионщикова

Данная работа дает описание о том, что собой представляет научная картина мира, так же дается краткое описание представлении о Вселенной (Наше представление о Вселенной, Рождение Вселенной и т.д.).

Данная работа включает 10 страниц.

Научная картина мира - целостная система представлений об общих свойствах и закономерностях действительности, построенная в результате обобщения и синтеза фундаментальных научных понятий и принципов.

Научная картина мира существенно отличается от религиозных представлений о мире, которые основаны не столько на доказанных фактах, сколько на авторитете пророков и религиозной традиции. Религиозные интерпретации концепции мироздания постоянно изменяются, чтобы приблизить их к современным научным трактовкам. Так, ещё несколько сотен лет назад христиане, буквально толкуя Библию, считали, что небо - твёрдое («твердь»), а мусульмане, согласно Корану, полагали, что Солнце заходит в «мутный колодец». Догмы разных религий, как правило, противоречат друг другу, и эти противоречия весьма трудно преодолеть (в отличие от научных противоречий, которые преодолеваются экспериментальным путём).

Как-то один известный ученый (говорят, это был Бертран Рассел) читал публичную лекцию об астрономии. Он рассказывал, как Земля обращается вокруг Солнца, а Солнце, в свою очередь, обращается вокруг центра огромного скопления звезд, которое называют нашей Галактикой. Когда лекция подошла к концу, из последних рядов зала поднялась маленькая пожилая леди и сказала: "Все, что вы нам говорили, - чепуха. На самом деле наш мир - это плоская тарелка, которая стоит па спине гигантской черепахи". Снисходительно улыбнувшись, ученый спросил: "А на чем держится черепаха?" - "Вы очень умны, молодой человек, - ответила пожилая леди. - Черепаха - на другой черепахе, та - тоже на черепахе, и так все ниже и ниже".

Такое представление о Вселенной как о бесконечной башне из черепах большинству из нас покажется смешным, но почему мы думаем, что сами знаем лучше? Что нам известно о Вселенной, и как мы это узнали? Откуда взялась Вселенная, и что с ней станется? Было ли у Вселенной начало, а если было, то что происходило до начала? Какова сущность времени? Кончится ли оно когда-нибудь? Достижения физики последних лет, которыми мы частично обязаны фантастической новой технике, позволяют наконец получить ответы хотя бы на отдельные из таких давно поставленных вопросов. Пройдет время, и эти ответы, может быть, станут столь же очевидными, как то, что Земля вращается вокруг Солнца, а может быть, столь же нелепыми, как башня из черепах. Только время (чем бы оно ни было) решит это.

В соответствии с данными космологии, Вселенная возникла в результате взрывного процесса, получившего название Большой взрыв, произошедшего около 14 млрд. лет назад. Теория Большого взрыва хорошо согласуется с наблюдаемыми фактами (например, расширением Вселенной и преобладанием водорода) и позволила сделать верные предсказания, в частности, о существовании и параметрах реликтового излучения.

В момент Большого взрыва Вселенная занимала микроскопические, квантовые размеры.

В соответствии с инфляционной моделью, в начальной стадии своей эволюции Вселенная пережила период ускоренного расширения (инфляции). Предполагается, что в этот момент Вселенная была "пустой и холодной" (существовало только высокоэнергетическое скалярное поле), а затем заполнилась горячим веществом, продолжавшим расширяться.

Переход энергии в массу не противоречит физическим законам, например, рождение пары частица-античастица из вакуума можно наблюдать и сейчас в некоторых научных экспериментах.

Одно из важнейших свойств Вселенной - она расширяется, причём ускоренно. Чем дальше расположен объект от нашей галактики, тем быстрее он от нас удаляется (но это не означает, что мы находимся в центре мира: то же самое справедливо для любой точки пространства).

Видимое вещество во Вселенной структурировано в звёздные скопления - галактики. Галактики образуют группы, которые, в свою очередь, входят в сверхскопления галактик. Сверхскопления сосредоточены в основном внутри плоских слоёв, между которыми находится пространство, практически свободное от галактик. Таким образом, в очень больших масштабах Вселенная имеет ячеистую структуру, напоминающую «ноздреватую» структуру хлеба. Однако на ещё больших расстояниях (свыше 1 млрд. световых лет) вещество во Вселенной распределено однородно.

Если в ясную безлунную ночь посмотреть на небо, то, скорее всего, самыми яркими объектами, которые вы увидите, будут планеты Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Кроме того, вы увидите огромное количество звезд, похожих на наше Солнце, но находящихся гораздо дальше от нас. При обращении Земли вокруг Солнца некоторые из этих "неподвижных" звезд чуть-чуть меняют свое положение относительно друг друга, т. е. на самом деле они вовсе не неподвижны!

Дело в том, что они несколько ближе к нам, чем другие. Поскольку же Земля вращается вокруг Солнца, близкие звезды видны все время в разных точках фона более удаленных звезд. Благодаря этому можно непосредственно измерить расстояние от нас до этих звезд: чем они ближе, тем сильнее заметно их перемещение.

Интересно, каким было общее состояние научной мысли до начала XX в.: никому и в голову не пришло, что Вселенная может расширяться или сжиматься. Все считали, что Вселенная либо существовала всегда в неизменном состоянии, либо была сотворена в какой-то момент времени в прошлом примерно такой, какова она сейчас. Отчасти это, может быть, объясняется склонностью людей верить в вечные истины, а также особой притягательностью той мысли, что, пусть сами они состарятся и умрут, Вселенная останется вечной и неизменной.

Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Центр, 2002. – 208с.

Канке В.А. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. Изд. 2-е, испр. – М.: Логос, 2003. – 368с.

Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. ГУП «Издательство», «Высшая школа», 2001.

Современная наука значительно расширила возможности по­знания Вселенной, существенно увеличилась и техническая осна­щенность, что позволяет комплексно изучать космическое про­странство.

Изучение метеоритов. Метеориты являются вели­колепным материалом для изучения Вселенной, так как по их составу можно судить об ее веществе. Исследование метеоритов показало, что они состоят из тех же самых элементов, что и Земля. Этот факт служит ярким подтверждением единства материи во Вселенной.

Изучение метеоритов раздвигает границы наших познаний о внутреннем строении Земли, поскольку они являются обломками разных частей космических тел. Метеориты несут весьма ценную" информацию об истории возникновения планет Солнечной системы. По данным ядерной хронологии, их возраст, равный примерно 4,5-4,6 млрд. лет, почти совпадает с возрастом Земли.

Изучение космического пространства с помощью телескопов и радиотелескопов. Мощные телескопы дают возможность фотографировать космиче-

ские тела и отдельные участки неба, в комплексе с различными приборами позволяют определять светимость, температуру, рельеф космических тел и т. п. С помощью телескопов изучают спектры светил, их изменение, а по характеру спектра делают вы­воды о движении космических тел, химическом составе их вещества, типе реакций, протекающих на них. Значительно расширило возможности познания Вселенной применение радиотелескопов.

Изучение космического пространства с помощью искусственных спутников, кос­мических станций и кораблей. Начало этому виду изучения космического пространства было положено 4 ок­тября 1957 г., когда в Советском Союзе впервые в мире на около­земную орбиту был выведен искусственный спутник Земли. 12 ап­реля 1961 г. гражданин Советского Союза Ю. Гагарин первым совершил космический полет вокруг Земли на пилотируемом ко­рабле «Восток». Еще через несколько лет советский космонавт А. Леонов впервые вышел в открытый космос.

В Советском Союзе впервые в мировой практике были успешно осуществлены полет автоматического космического аппарата «Луна-16» на другое небесное тело и возвращение его на Землю. Долгое время на Луне работал автоматический аппарат «Луно­ход-1», который позволил установить общий тип пород, слага­ющих поверхность лунного моря, исследовать характер распро­страненности мелких кратеров и камней. В результате успешной работы автоматической станции «Луна-20» решена задача взятия грунта из труднодоступного материкового района Луны.

С помощью советских автоматических станций получены цен­ные сведения об атмосфере Венеры. Впервые осуществлена мягкая посадка космического аппарата на поверхность Марса, а станции «Марс-2» и «Марс-3» стали искусственными спутниками Марса. За время полета по орбитам они передали большой объем ин­формации о физических особенностях планеты и окружающего ее космического пространства.

Особо ценную информацию дал лунный грунт, доставленный на Землю советскими автоматическими станциями и американ­скими космонавтами. Материал поверхности Луны несет на себе отпечатки как первичных процессов, приведших к образованию материнских горных пород, так и последующих воздействий, многие из которых отсутствуют на поверхности Земли. Однако вследствие своих особенностей Луна во многих отношениях ока­залась «законсервированной» в течение длительного геологиче­ского времени, поэтому можно ожидать, что на Луне найдут отра­жение процессы, сходные с процессами, происходившими на ран­них этапах формирования Земли.

Новой страницей в изучении Космоса и Земли явились бес­примерные исследования советских космонавтов на космических станциях типа «Салют». Фотографирование различных районов нашей страны с помощью многофокусных аппаратов позволило

внести коррективы в тектоническое районирование, наметить перспективные участки для поисков полезных ископаемых, из­учить с помощью снимков характер созревания хлебов, сохран­ность лесонасаждений и т. п. Наши космонавты проводили иссле­дования по выращиванию кристаллов, характеризующихся уни­кальными свойствами; проводили эксперименты по пайке мате­риалов, не поддающихся этому процессу в земных условиях; вели наблюдения за жизнедеятельностью организмов в условиях невесомости; осуществляли с помощью специальных аппаратов астрономические наблюдения и т. п. Стыковка с «Салютом-6» транспортных кораблей, дозаправка его двигателей и своевремен­ная коррекция орбиты позволили создать на орбите прототип космической станции по изучению Космоса.

Гипотеза образования планет Солнечной системы

С давних пор проблема образования Земли и Солнечной си­стемы в целом привлекала к себе внимание выдающихся ученых. Решением ее занимались И. Кант, П. Лаплас, Д. Джине, совет­ские ученые -- академики О. Ю. Шмидт, В. Г. Фесенков, А. П. Ви­ноградов и др. Предложенные ими гипотезы отражали достигну­тый к тому времени уровень знаний, однако окончательного реше­ния этой проблемы не получено до сих пор. В свете современных научных достижений гипотеза образования Солнечной системы сводится к следующему.

В пределах нашей Галактики, вблизи ее экваториальной пло­скости, располагался неоднородный газо-пылевой диск, состо­ящий из медленно вращающихся газо-пылевых облаков. В состав облаков входили преимущественно атомы водорода, за счет уве­личения плотности которых и могло происходить их образование. Плотность атомов водорода в таком облаке достигает 1000 атом/см 3 , что в 10 000 раз превышает их плотность в нормальном межзвезд­ном пространстве Галактики. Наряду с водородом в состав облака могли входить углерод, азот, кислород, микронные пылевидные частицы. Внутри облаков происходит хаотическое, турбулентное движение вещества.

С увеличением размера и плотности облако под действием сил тяготения начинает сжиматься. Гравитационное сжатие почти всей массы первично холодного облака (-220 °С) ведет к уплот­нению его до состояния Протосолнца. В центре последнего стано­вятся возможными термоядерные реакции, сопровождающиеся выделением в виде взрыва огромного количества энергии и веще­ства. По мнению акад. А. П. Виноградова, из выброшенного около 5,5 млрд. лет назад взрывами вещества вокруг Протосолнца образовалось горячее плазменное облако (протопланетное облако). На первом этапе формирования планет происходило охлаждение протопланетного облака, потеря газов в космическое пространство и конденсация части его вещества в твердые частицы. Первыми конденсировались наиболее тугоплавкие химические элементы: 10

вольфрам, титан, молибден, платина и др., а также их окислы. Таким образом, раскаленное газовое вещество вновь превращалось в холодное газо-пылевое облако. Протопланетное облако с тече­нием времени теряло энергию в результате столкновения «пыли­нок». Происходило его уплощение, движение вещества в нем упорядочивалось, становилось близким к круговому. Постепенно вокруг молодого Солнца в результате конденсации пылевидного вещества образовался широкий кольцеобразный диск, который распадался на отдельные холодные кучности вещества - рои твердых частиц газа. Они взаимодействовали друг с другом, смешивались, соударялись, сращивались, подвергаясь косми­ческому облучению. Происходило образование отдельных фаз вещества, главным образом силикатов, железо-никелевого метал­лического сплава, сульфидов и т. п. В результате агломерации этих фаз возникли каменные и другие метеориты. Этот же процесс стяжения холодного вещества протопланетного облака привел к образованию и протопланет Солнечной системы около 5 млрд. лет назад, Сформировавшись как геологическое тело, Протоземля еще не стала планетой. Она являлась холодным скоплением космического вещества, однако именно с этого времени начинается ее догеологическая эволюция.

Под влиянием таких факторов, как удары метеоритных тел, гравитационное уплотнение и выделение тепла радиоактивными элементами, начался разогрев верхних частей Протоземли. Сна­чала плавилось железо, затем силикаты. Это привело к возникно­вению здесь пояса жидкого железа. Вследствие дифференциации вещества более легкий силикатный материал должен был всплыть наверх, а тяжелый металл сконцентрироваться в центре планеты. Вязкие, преимущественно силикатные массы образовали первич­ную мантию Земли, а металлические массы - ее ядро. Так, по-ви­димому, около 4,6 млрд. лет назад сформировалась планета Земля.

Внутренние планеты, расположенные ближе к Солнцу, обра­зовались путем конденсации высокотемпературной фракции, бога­той железом. Чем дальше от Солнца, тем меньше у планет содер­жание металлического материала. Так, Меркурий на 2 / 3 состоит из металлического железа, а Марс - на "/ 4 . В астероидальном кольце формировались преимущественно хондритовые астероиды, в которых возрастало содержание низкотемпературной фракции. И, наконец, главной составной частью внешних планет являются газы, почти целиком состоящие из неразделенного солнечного вещества.

Реферат на тему: «Строение и эволюция вселенной»

1. Строение вселенной
2. Модели вселенной
3. Наша Галактика
4. Другие Галактики
5. Вчерашний день метагалактики
6. Метагалактика
7. История развития взглядов о строении Вселенной
8. Эволюция вселенной
9. Модели строения и развития вселенной
10. Теории, на основании которых созданы современные представления о эволюции вселенной
11. Возраст вселенной
12. Вселенная и жизнь
13. Условия жизни
14. Пояс жизни
15. Таинственный Марс
16. Изучение вселенной

Мир, Земля, Космос, Вселенная…

Тысячелетиями пытливое человечество обращало свои взгляды на окружающий мир, стремилось постигнуть его, вырваться за пределы микромира в макромир.

Величественная картина небесного купола, усеянного мириадами звезд, с незапамятных звезд волновала ум и воображение ученых, поэтов, каждого живущего на Земле и зачарованного любующегося торжественной и чудной картиной, по выражению Лермонтова.

Что есть Земля, Луна, Солнце, звезды? Где начало и где конец Вселенной, как долго она существует, из чего состоит и где границы ее познания?

В своем реферате я изложила всё то, что известно на сегодняшний день науке о строении и эволюции Вселенной.

Изучение Вселенной, даже только известной нам её части является грандиозной задачей. Чтобы получить те сведения, которыми располагают современные ученые, понадобились труды множества поколений.

Вселенная бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка вселенной имеет свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве, но вся Вселенная бесконечна и вечна так, как она является вечно самодвижущейся материей.

Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений в-ва звездных миров и звездных систем. Поэтому не будет ошибкой сказать, что любая наука так или иначе изучает Вселенную, точнее, тем или иначе её стороны. Химия изучает мир молекул, физика – мир атомов и элементарных частиц, биология – явления живой природы. Но существует научная дисциплина, объектом исследования которой служит сама вселенная или «Вселенная как целое». Это особая отрасль астрономии так называемая космология. Космология – учение о Вселенной в целом, включающая в себя теорию всей охваченной астрономическими наблюдениями области, как части Вселенной, кстати не следует смешивать понятия Вселенной в целом и «наблюдаемой» (видимой) Вселенной. Во II случае речь идет речь идет лишь о той ограниченной области пространства, которая доступна современным методам научных исследований. С развитием кибернетики в различных областях научных исследованиях приобрели большую популярность методики моделирования. Сущность этого метода состоит в том, что вместо того или иного реального объекта изучается его модель, более или менее точно повторяющая оригинал или его наиболее важные и существенные особенности. Модель не обязательно вещественная копия объекта. Построение приближенных моделей различных явлений помогает нам всё глубже познавать окружающий мир. Так, например, на протяжении длительного времени астрономы занимались изучением однородной и изотронной (воображаемой) Вселенной, в которой все физические явления протекают одинаковым образом и все законы остаются неизменными для любых областей и в любых направлениях. Изучались так же модели, в которых к этим двум условиям добавлялось третье, - неизменность картины мира. Это означает, что в какую бы эпоху мы не созерцали мир, он всегда должен выглядеть в общих чертах одинаково. Эти во многом условные и схематические модели помогли осветить некоторые важные стороны окружающего нас мира. Но! Как бы сложна ни была та или иная теоретическая модель, какие бы многообразные факты она ни учитывала, любая модель – это еще не само явление, а только более или менее точная его копия, так сказать образ реального мира. Поэтому все результаты полученные с помощью моделей Вселенной, необходимо обязательно проверить путем сравнения с реальностью. Нельзя отождествлять само явление с моделью. Нельзя без тщательной проверки, приписывать природе те свойства которыми обладает модель. Ни одна из моделей не может претендовать на роль точного «слепка» Вселенной. Это говорит о необходимости углубленной разработки моделей неоднородной и неизотронной Вселенной.

Звезды во Вселенной объединены в гигантские Звездные системы, называемые галактиками. Звездная система. В составе которой, как рядовая звезда находится наше Солнце, называется Галактикой.

Число звезд в галактике порядка 1012 (триллиона). Млечный путь, светлая серебристая полоса звезд опоясывает всё небо, составляя основную часть нашей Галактики. Млечный путь наиболее ярок в созвездии Стрельца, где находятся самые мощные облака звезд. Наименее ярок он в противоположной части неба. Из этого нетрудно вывести заключение, что солнечная система не находится в центре Галактики, который от нас виден в направлении созвездия Стрельца. Чем дальше от плоскости Млечного Пути, тем меньше там слабых звезд и тем менее далеко в этих направлениях тянется звездная система. В общем наша Галактика занимает пространство, напоминающее линзу или чечевицу, если смотреть на нее сбоку. Размеры Галактики были намечены по расположению звезд, которые видны на больших расстояниях. Это цефиды и горячие гиганты. Диаметр Галактики примерно равен 3000 пк (Парсек (пк) – расстояние, с которым большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения, видна под углом в 1”. 1 Парсек = 3,26 светового года = 206265 а.е. = 3*1013 км.) или 100000 световых лет (световой год – расстояние пройденное светом в течении года), но четкой границы у нее нет, потому что звездная плотность постепенно сходит на нет.

В центре галактики расположено ядро диаметром 1000-2000 пк – гигантское уплотненное скопление звезд. Оно находится от нас на расстоянии почти 10000 пк (30000 световых лет) в направлении созвездия Стрельца, но почти целиком скрыто плотной завесой облаков, что препятствует визуальным и фотографическим обычным наблюдениям этого интереснейшего объекта Галактики. В состав ядра входит много красных гигантов и короткопериодических цефид.

Звезды верхней части главной последовательности а особенно сверхгиганты и классические цефиды, составляют более молодые население. Оно располагается дальше от центра и образует сравнительно тонкий слой или диск. Среди звезд этого диска находится пылевая материя и облака газа. Субкарлики и гиганты образуют вокруг ядра и диска Галактики сферическую систему.

Масса нашей галактики оценивается сейчас разными способами, равна 2*1011 масс Солнца (масса Солнца равна 2*1030 кг.) причем 1/1000 ее заключена в межзвездном газе и пыли. Масса Галактики в Андромеде почти такова же, а масса Галактики в Треугольнике оценивается в 20 раз мменьше. Поперечник нашей галактики составляет 100000 световых лет. Путем кропотливой работы московский астрономом В.В. Кукарин в 1944 г. нашел указания на спиральную структуру галактики, причем оказалось, что мы живем между двумя спиральными ветвями, бедном звездами.

В некоторых местах на небе в телескоп, а кое где даже невооруженным глазом можно различить тесные группы звезд, связанные взаимным тяготением, или звездные скопления.

Существует два вида звездных скоплений: рассеянные (рис.) и шаровые (рис.).

Рассеяные скопления состоят обычно из десятков или сотен звезд главной последовательности и сверхгигантов со слабой концентрацией к центру.

Шаровые же скопления состоят обычно из десятков или сотен звезд главной последовательности и красных гигантов. Иногда они содержат короткопериодические цефеиды. Размер рассеянных скоплений – несколько парсек. Пример их скопления Глады и Плеяды в созвездии Тельца. Размер шаровых скоплений с сильной концентрацией звезд к центру – десяток парсек. Известно более 100 шаровых и сотни рассеянных скоплений, но в Галактике последних должно быть десятки тысяч.

Кроме звезд в состав Галктики входит еще рассеянная материя, черезвычайно рассеянное вещество, состоящее из межзвездного газа и пыли. Оно образует туманности. Туманности бывают диффузными (клочковатой формы (рис.))и планетарными (рис.). Светлые они от того, что их освещают близлежащие звезды. Пример: газопылевая туманность в созвездии Ориона и темная пылевая туманность Конская голова.

Расстояние до туманности в созвездии Ориона равно 500 пк, диаметр центральной части туманности – 6 пк, масса приблизительно в 100 раз больше массы Солнца.

Во Вселенной нет ничего единственного и неповторимого в том смысле, что в ней нет такого тела, такого явления, основные и общие свойства которого не были бы повторены в другом теле, другими явлениями.

Внешний вид галактик чрезвычайно разнообразен, и некоторые из них очень живописны. Эдвин Пауэлла Хаббл (1889-1953), выдающийся американский астроном – наблюдатель, избрал самый простой метод классификации галактик по внешнему виду, и нужно сказать, что хотя в последствии другими выдающимися исследователями были внесены разумные предположения по классификации, первоначальная система, выведенная Хабблом, по прежнему остаётся основой классификации галактик.

Хаббл предложил разделить все галактики на 3 вида:

Эллиптические – обозначаемые Е (elliptical);

Спиральные (Spiral);

Неправильные – обозначаемые (irregular).

Эллиптические галактики (рис.) внешне невыразительные. Они имеют вид гладких эллипсов или кругов с постепенным круговым уменьшением яркости от центра к периферии. Ни каких дополнительных частей у них нет, потому что Эллиптические галактики состоят из второго типа звездного населения. Они построены из звезд красных и желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звезд не очень высокой светлости. Отсутствуют бело-голубые сверхгиганты и гиганты, группировки которых можно наблюдать в виде ярких сгустков, придающих структурность системе, нет пылевой материи которая, в тех галактиках где она имеется, создаёт темные полосы, оттеняющие форму звездной системы.

Внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой – большим или меньшим сжатием (NGG и 636, NGC 4406, NGC 3115 и др.)

С несколько однообразными эллиптическими галактиками контрастируют спиральные галактики (рис.) являющиеся может быть даже самыми живописными объектами во Вселенной. У эллиптических галактик внешний вид говорит о статичности, стационарности Спиральные ралактики наоборот являют собой пример динамики формы. Их красивые ветви, выходящие из центрального ядра и как бы теряющие очертания за пределами галактики, указывает на мощное стремительное движение. Поражает также многообразие форм и рисунков ветвей. Как правило, у галактики имеются две спиральные ветви, берущие начало в противоположных точках ядра, развивающимися сходным симметричным образом и теряющая в противоположных областях периферии, галактики. Однако известны примеры большего, чем двух числа спиральных ветвей в галактике. В других случаях спирали две, но они неравны – одна значительно более развита чем вторая. Примеры спиральных галактик: М31, NGC 3898, NGC 1302, NGC 6384, NGC 1232 и др.

Перечисленные мною до сих пор типы галактик характеризовались симметричностью форм определенным характером рисунка. Но встречаются большое число галактик неправильной формы (рис.). Без какой-либо закономерности структурного строения. Хаббл дал им обозначение от английского слова irregular – неправильные.

Неправильная форма у галактики может быть, в следствии того, что она не успела принять правильной формы из-за малой плотности в ней материи или из-за молодого возраста. Есть и другая возможность: галактика может стать неправильной в следствии искажения формы в результате взаимодействия с другой галактикой. По видимому эти оба случая встречаются среди неправильных галактик и может быть с этим связанно разделение неправильных галактик на 2 подтипа.

Подтип II характеризуется сравнительно высокой поверхностью, яркостью и сложностью неправильной структуры (NGM 25744, NGC 5204). Французский астроном Вакулер в некоторых галактиках этого подтипа, например Магелановых облаках, обнаружил признаки спиральной разрушенной структуры.

Неправильные галактики другого подтипа обозначаемого III, отличаются очень низкой поверхностью и яркостью. Эта черта выделяет их из среды галактик всех других типов. В то же время она препятствует обнаружению этих галактик, вследствие чего удалось выявить только несколько галактик подтипа III расположенных сравнительно близко (галактика в созвездии Льва.).

Только 3 галактики можно наблюдать невооруженным глазом, Большое Магеланово облако, Малое Магеланово облако и туманность Андромеды. В таблицы приведены данные о десяти ярчайших галактиках неба. (БМО, ММО – Большое Магеланов облако и Малое Магеланово облако.).

Не вращающаяся звездная система по истечении некоторого срока должна принять форму шара. Такой вывод следует из теоретических исследований. Он подтверждается на примере шаровых скоплений, которые вращаются и имеют шарообразную форму.

Если же звездная система сплюснута, то это означает, что она вращается. Следовательно, должны вращаться и эллиптические галактики, за исключением тех, из них, которые шарообразны, не имеют сжатия. Вращение происходит вокруг оси, которая перпендикулярна главной плоскости симметрии. Галактика сжата вдоль оси своего вращения. Впервые вращение галактик обнаружил в 1914 г. американский астроном Слайфер.

Особый интерес представляют галактики с резко повышенной светимостью. Их принято называть радиогалактиками. Наиболее выдающаяся галактика Лебедьl. Это слабая двойная галактика с чрезвычайно тесно расположенными друг к другу компонентами, являющимися мощнейшим дискретным источником. Объекты подобные галактике Лебедьl безусловно очень редки в метагалактике, но Лебедьl не единственный объект подобного рода во Вселенной. Они должны находиться на громадном расстоянии друг от друга (более 200Мпс).

Поток проходящего от них радиоизлучения в виду большого расстояния слабее, чем от источника Лебедьl.

Несколько ярких галактик, входящих в каталог NGC, также отнести к разряду радиогалактик, потому что их радиоизлучение аналогично сильное хотя оно значительно уступает по энергии световому. Из этих галактик NGC 1273, NGC 5128, NGC 4782 и NGC 6186 являются двойными. Одиночные NGC 2623 и NGC 4486.

Когда английские и австралийские астрономы, применив интерференционный метод в 1963 г. определили с большой точностью положения значительного числа дискретных источников радиоизлучения, они одновременно определили и другие угловые размеры некоторого числа радиоисточников. Диаметры большинства из них исчислялись минутами или десятками секунд дуги, но у 5 источников, а именно у 3С48, 3С147, 3С196, 3С273 и 3С286, размеры оказались меньше секунды дуги.

Но поток их радиоизлучения не уступали потки радиоизлучения других фирм дискретных источников, превосходящих их по площади излучения в десятки тысяч раз. Эти звездоподобные источники радиоизлучения были названы квадрами. Сейчас их открыто более 1000. Блеск квадра не остается постоянным. Массы квадров достигают миллиона солнечных масс. Итсочник энергии квадров до сих пор не ясен. Есть предположения, что квадры – это исключительно активные ядра очень далеких галактик.

Теоретическое моделирование имеет важное значение так же и для выяснения прошлого и будущего наблюдаемой Вселенной. В 1922 г. А.А. Фридман занялся разработкой оригинальной теоретической модели Вселенной. Он предположил, что средняя плотность не является постоянно, а меняется с течением времени. Фридман пришел к выводу, что любая достаточно большая часть Вселенной, равномерно заполняемая материя не может находится в состоянии равновесия: она должна либо расширяться, либо сжиматься. Еще в 1917 г. В.М. Слайдер обнаружил «красное смещение» спектральных линий в спектрах далёких галактик. Подобное смещение наблюдается тогда, когда источник света удаляется от наблюдателя. В 1929 г. Э. Хаббл объяснил это явление взаимным разбеганием этих звездных систем. Явление «красного смещения» наблюдается в спектрах почти всех галактик, кроме ближайших (нескольких). И чем дальше от нас галактика, тем больше сдвиг линий в её спектре, т.е. все звездные системы удаляются от нас с огромными скоростями в сотни, тысячи десятки тысяч километров в секунду, более далекие галактики обладают и большими скоростями. А после того, как эффект «красного смещения» был обнаружен и в радиодиапазоне, то не осталось, никаких сомнений в том, что наблюдаемая Вселенная расширяется. В настоящее время известны галактики, удаляющиеся от нас со скоростью 0,46 скорости света. А сверхзвезды и квадры – 0,85 скорости света. Но почему они движутся, расширяются? На галактики постоянно действует какая-то сила. В отдаленном прошлом материя в нашей области Вселенной находилась в сверхплонтом состоянии. Затем произошел «взрыв», в результате которого и началось расширение. Чтобы выяснить дальнейшую судьбу метагалактики, необходимо оценить среднюю плотность межзвездного газа. Если она выше 10 протонов на 1м3, то общее гравитационное поле метагалактики достаточно велико, чтобы постепенно остановить расширение. И оно смещается сжатием.

Возникли два мнения по поводу состояния Метагалактики до начала расширения. Согласно одному из них первоначальное вещество метагалактики состояло из «холодной» смеси протонов, т.е. ядер атомов водорода, электронов и нейтронов. Согласно второй, температура была очень велика, а плотность излучения даже превосходила плотность вещества. Но после открытия в 1965 г. реликтового излучения А. Тицнасом и Р. Вилсоном предпочтение было отдано второй теории. После была представлена попытка представить ход событий на первых стадиях расширения Метагалактики: через 1с после начала расширения сверхплотной исходной плазмы плотность вещества снизилась до 500 кг/ см3, а t=1013 Со. В течение следующих 100с плотность снизилась до 50 г/см2 температура упала. Объединились протоны и нейтроны => ядра гелия. При t=4000о, это продолжалось несколько сотен тысяч лет. Затем, после того, как образовались атомы водорода, началось постепенное формирование горячих водородных облаков, из которых образовались галактики и звезды. Однако в процессе расширения могли сохраниться сгустки сверхплотного до звездного вещества, а в процессе их распада образовались звезды и галактики. Не исключено, что действовали оба механизма. Понятие Метагалактика не является вполне ясным. Оно сформировалось на основании аналогии со звездами. Наблюдения показывают, что галактики, подобно звездам, группирующиеся в рассеянные и шаровые скопления, также объединяются в группы и скопления различной численности. Вся охваченная современными методами астрономических наблюдений часть Вселенной называется Метагалактикой (или нашей Вселенной). В Метагалактике пространство между галактиками заполнено чрезвычайно разряженным межгалактическим газом, пронизывается космическими лучами, в нем существуют магнитные и гравитационные поля, и возможно невидимые массы веществ.

От наиболее удаленных метагалактических объектов свет идет до нас много миллионов лет. Но все-таки нет оснований утверждать, что метагалактика это вся вселенная. Возможно существуют др., пока не изветсные нам метагалактики.

В 1929 г. Хаббл открыл замечательную закономерность которая была названная «законом Хаббла» или «закон красного смещения»: линии галактик смещенных к красному концу, причем смещение тем больше, чем дальше находится галактика.

Объяснив красные смещения эффектом Доплера. Ученые пришли к выводу о том, что расстояние между нашей и другими галактиками непрерывно увеличивается. Хотя безусловно галактики не разлетаются во все стороны от нашей галактики, которая не занимает никакого особого положения в метагалактике, а происходит взаимное удаление всех галактик. Следовательно, Метагалактика не стационарна.

Открытие расширения метагалактики свидетельствует о том, что в прошлом метагалактика была не такой как сейчас и иной станет в будущем, т.е. метагалактика эволюционирует.

По красному смещению определены скорости удаления галактик. У многих галактик они очень велики, соизмеримы со скоростью света. Самым большими скоростями (более 250 000 км/с) обладают некоторые квадры, которые считаются самыми удаленными от нас объектами Метагалактики.

Мы живем в расширяющейся Метагалактики; расширение метагалактики проявляется только на уровне скоплений и сверхскоплений галактик. Метагалактика имеет одну особенность: не существует центра, от которого разбегаются галактики. Удалось вычислить промежуток времени с начала расширения метагалактики.

Промежуток расширения равен 20-13 млрд. лет. Расширение метагалактики является самым грандиозным из известных в настоящие время явлений природы. Это открытие произвело коренное изменение во взглядах философов и ученых. Ведь некоторые философы ставили знак равенства между метагалактикой и вселенной, и пытались доказать, что расширение метагалактики подтверждает религиозное представление о божественности происхождения вселенной. Но Вселенной известны естественные процессы, по всей вероятности это взрывы. Есть предположение, что расширение метагалактики также началось с явления напоминающего. Колоссальный взрыв вещества, обладающего огромной температурой и плотностью.

Расчеты выполненные астрофизиками свидетельствуют о том, что после начала расширения вещество метагалактики имело высокую температуру и состояло из элементарных частиц (нуклонов) и их античастиц. По мере расширения изменилась не только температура и плотность вещества, но и состав входивших в него частиц, т.е. многие частицы и античастицы манипулировали, порождая при этом электромагнитные кванты, излучения которые в современной нам метагалактики оказалось больше, чем атомов, из которых состоят звезды, планеты, диффузная материя.

Эта теория называется теорией «горячей Вселенной» чтобы сверхплотное вещество превратилось в вещество с близкой плотностью к плотности воды. Через несколько часов плотность почти сравнялась с плотностью нашего воздуха, а сейчас, по истечении миллиардов лет оценка средней плотности вещества в метагалактике приводит к значению порядка 10-28 кг/м3.

Но все эти данные удалось получить только с помощью уникального сложного оборудования позволяющего расширить границы Вселенной. До сих пор человечество совершенствует его, изобретали все более гениальные приборы, но еще на заре цивилизации, когда пытливый человеческий ум обратился к заоблачным высотам, великие философы мыслили свое представление о Вселенной, как о чем-то бесконечном. Древнегреческий философ Анаксимандр (VI в. до н.э.) ввел представление о некой единой беспредельности, не обладавшей ни какими привычными наблюдениями, качествами, первооснове всего – апейроне.

Стихии мыслились сначала как полуматериальные, полубожественные, одухотворенные субстанции. Представление чистоматериальной основе всего сущего в древнегреческой основе достигли своей вершины в учении атомистов Левкиппа и Демокрита (V-IV в.в. до н.э.) о Всленной, состоящей из бескачественных атомов и пустоты.

Древнегреческим философам принадлежит ряд гениальных догадок об устройстве Вселенной. Анаксиандр высказал идею изолированности Земли, в пространстве. Эйлалай первым описал пифагорейскую систему мира, где Земля как и Солнце обращались вокруг некоего «гигантского огня». Шаррообразность Земли утверждал другой пифагорец Парменид (VI-V в.в. до н.э.) Гераклид Понтийский (V-IV в до н.э.) утверждал так же ее вращение вокруг своей оси и донес до греков еще более древнюю идею египтян о том, что само солнце может служить центром вращение некоторых планет (Венера, Меркурий).

Французский философ и ученый, физик, математик, физиолог Рене Декарт (1596-1650) создал теорию о эволюционной вихревой модели Вселенной на основе гелиоцентрализма. В своей модели он рассматривал небесные тела и их системы в их развитии. Для XVII в.в. его идея была необыкновенно смелой. По Декарту, все небесные тела образовывались в результате вихревых движений, происходивших в однородной в начале, мировой материи. Совершенно одинаковые материальные частицы находясь в непрерывном движении и взаимодействии, меняли свою форму и размеры, что привело к наблюдаемому нами богатому разнообразию природы.

Солнечная система согласно Декарту, представляет собой один из таких вихрей мировой материи. Планеты не имеют собственного движения – они движутся, увлекаемые мировым вихрем. Декарт внес и новую идею для объяснения тяжести: он считал, что в вихрях, возникающих вокруг планет частицы давят друг на друга и тем вызывают явление тяжести (например на Земле). Таким образом Декарт, первым стал рассматривать тяжесть не как врожденное, а как производное качество тел.

Великий немецкий ученый, философ Иммануил Кант (1724-1804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной, обогатив картину ее ровной структуры и представлял Вселенную бесконечной в особом смысле. Он обосновал возможности и значительную вероятность возникновение такой Вселенной исключительно под действием механических сил притяжения и отталкивания и попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех ее масштабных уровнях – начиная с планетной системных и кончая миром туманности.

Эйнштейн совершил радикальную научную революцию, введя свою теорию относительности. Это было сравнительно просто, как и всё гениальное. Ему не пришлось предварительно открыть новые явления, установить количественные закономерности. Он лишь дал принципиально новое объяснение.

Эйнштейн раскрыл более глубокий смысл установленных зависимостей, эффектов уже связанных в некую физико-математическую систему (в виде постулатов Пуанкаре). Заменив в данном случае теорию абсолютности пространства и времени идей их относительности «Пуанкаре», которую теперь уже не связывали с идеей абсолютного в пространстве, абсолютной системы отсчета. Такой переворот снимал основное противоречие, создававшее кризисную ситуацию, в теоретическом осмыслении действия. Более того открылся путь для дальнейшего проникновения в свойства и законы окружающего мира, настолько глубоко, что сам Эйнштейн не сразу осознал степень революционности своей идеи.

В статье от 30.06.1905 г., заложившей основы специальной теории относительности Эйнштейн, обобщая принципы относительности Галилея, провозгласил равноправие всех инерциальных систем отсчета не только в механических, но также электромагнитных явлений.

Специальная или частная теория относительности Эйнштейна явилась результатом обобщения механики Галилея и электродинамики Максвелла Лоренца. Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения близких к скорости света.

Впервые принципиально новые космогологические следствие общей теории относительности раскрыл выдающийся советский математик и физик – теоретик Александр Фридман (1888-1925 гг.). Выступив в 1922-24 гг. он раскритиковал выводы Эйнштейна о том, что Вселенная конечна и имеет форму четырехмерного цилиндра. Эйнштейн сделал свой вывод исходя из предположения о стационарности Вселенной, но Фридман показал необоснованность его исходного постулата.

Фридман привел две модели Вселенной. Вскоре эти модели нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте «красного смещения» в их спектрах.

Этим Фридман доказал, что вещество во Вселенной не может находится в покое. Своими выводами Фридман теоретически способствовал открытию необходимости глобальной эволюции Вселенной.

Существует несколько теории эволюции: Теория пульсирующей Вселенной утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но расширение вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация.

По этой теории наша Вселенная расширяется в течении 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится и произойдет остановка, а затем она начнёт сжиматься до тех пор пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв.

Теория стационарного взрыва: согласно ей Вселенная не имеет не начала, не конца. Она все время прибывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющимися галактиками. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил взрыв будет расширятся до бесконечности, то она постепенно охладится и совсем угаснет.

Но пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не существует ни каких точных доказательств хотя бы одной из них.

Открытие многообразных процессов эволюции в различных системах и телах, составляющих Вселенную, позволило изучить закономерности космической эволюции на основе наблюдательных данных и теоретических расчетов.

В качестве одной из важнейших задач рассматривается определение возраста космических объектов и их систем. Поскольку в большинстве случаев трудно решить, что нужно считать и понимать под «моментом рождения»тела или системы, то устанавливая возраст характеристики имеют ввиду две оценки:

Время, в течении которого система уже находится в наблюдаемом состоянии.

Полное время жизни данной системы от момента её появления. Очевидно, что вторая характеристика может быть получена только на основе теоретических расчетов.

Обычно первую из высказанных величин называют возрастом, а вторую – временем жизни.

Факт взаимного удаления галактик, составляющих метагалактики свидетельствует о том, что некоторое время тому назад она находилась в качественно ином состоянии и была более плотной.

Наиболее вероятное значение постоянной Хаббла (коэффициента пропорциональности, связывающего скорости удаления внегалактических объектов и расстояние до них составляющее 60 км/сек – мегапарсек), приводит к значению времени расширения метагалактики до современного состояния 17 млрд. лет.

Из всех вышеперечисленных и тех доказательств, которые не вошли в мой реферат из-за своей громоздкости и математическо-физической сложности можно с уверенностью сделать вывод: Вселенная эволюционирует, бурные процессы происходили в прошлом, происходят сейчас и будут происходить в будущем.

Проблема жизни в космосе – одна из наиболее увлекательных и популярных проблем в науке о Вселенной, которая с давних пор волнует не только ученых, но и всех людей. Еще Дж. Бруно и М. Ломоносов высказывали предположение о множественности обитаемых миров. Изучение жизни во Вселенной – одна из сложнейших задач, с которой когда-либо встречалось человечество. Речь идет о явлении, с которым сталкивалось человечество. Речь идет о явлении, с которым людям по существу еще не приходилось непосредственно сталкиваться. Все данные о жизни вне Земли, носят чисто гипотетический характер. Поэтому глубоким исследованиям биологических закономерностей и космических явлений занимается научная дисциплина – «экзобналогия».

Так исследования внеземных, космических форм жизни помогло бы человеку, во первых, понять сущность жизни, т.е. то, что отличает все живые организмы от неорганической природы, во-вторых, выяснить пути возникновения и развития жизни и, в-третьих, определить место и роль человека во Вселенной. Сейчас можно считать достаточно твердо установленным, что на нашей собственной планете жизнь возникла в отдаленном прошлом из неживой, неорганической материи при определенных внешних условиях. Из числа этих условий можно выделить три главных. Прежде всего, это присутствие воды, которая входит в состав живого вещества, живой клетки. Во-вторых, наличие газовой атмосферы, необходимой для газового обмена организма с внешней средой. Правда, можно представить себе и какую-либо иную среду. Третьим условием является наличием на поверхности данного небесного тела подходящего диапазона температур. Также необходима внешняя энергия для синтеза молекулы живого вещества из исходных органических молекул энергия космических лучей, или ультрафиолетовой радиации или энергия электронных разрядов. Внешняя энергия нужна и для последующей жизнедеятельности живых организмов. Условия необходимые для возникновения жизни, в своё время сложилась естественным путём, в ходе эволюции Земли, нет таких оснований считать, что они не могут складываться и процессе развития других небесных тел. Было выдвинуто множество гипотез по этому поводу. Академик А.И. Опарин, считает, что жизнь должна была появиться тогда, когда поверхность нашей планеты представляла собой сплошной океан. В результате соединения С2СН 2 и N2 возникли простейшие органические соединения. Затем в водах первичного океана молекулы этих соединений, объединились и укрепились, образуя сложный раствор органических веществ на третьей стадии из этой среды выделились комплексы молекул, которые и дали начало первичным живым организмам. Оро и Фесенков заметили, что своеобразными переносчиками если не самой жизни, то по крайней мере её исходных элементов могут быть кометы и метеориты. Однако, если не вступать в область близкую к фантастике, и оставаться на почве лишь достаточно твердо установленных научных фактов, то при поисках живых организмов на других небесных телах мы должны прежде всего исходить из того, что нам известно о земной жизни.

Что касается нашей солнечной системы, то различные ее планеты движутся на разных расстояниях от Солнца и получают неодинаковое количество солнечной энергии. В связи с этим. В солнечной системе может быть выделен своеобразный тепловой пояс жизни, в который входят Земля, Марс и Венера, а также Луна на первый взгляд физические условия на Луне полностью не исключает возможность существования живых организмов: на Луне отсутствует атмосферная оболочка, нет воды, температура изменяется от –1500С до +1300С, поверхность Луны подвергается постоянной бомбардировке метеоритами, космическими лучами, ультрафиолетовой радиацией Солнца и т.п.. И пока можно гадать о том, существует ли в природе высокоорганизованные формы жизни, способные развиваться при подобных условиях. Исключение могут составлять лишь микробы и бактерии, которые, как известно способны приспосабливаться к самым неблагоприятным условиям: нагревание и глубокое охлаждение; ультрафиолетовые и радиоактивные излучения: интенсивная радиация и т.д. В настоящее время ряд ученых считает, что на Луне имеются органические вещества. Они могли образоваться здесь на заре существования Луны или быть занесенными метеоритами. Высказываются предположения, что над слоем лунного грунта (10м) расположен целый мощный слой сложных органических соединений. Так же и Венера, если температура на её поверхности высока, то не смотря на наличие атмосферы, условия для жизни на этой планете малопригодны. Гораздо перспективнее в этом отношении Марс.

В наши дни астрономов прежде всего интересует вопрос о физических условиях на Марсе. Живые организмы, обитающие на небесном теле, непрерывно взаимодействуют с окружающей средой. Так, например, на поверхности Марса имеются темные пятна «моря». Они меняют свою окраску в соответствии со сменой времен года. Это явление напоминает сезонные изменения цвета зеленой растительности. Атмосфера Марса значительно разряжена, чем земная. В воздушной оболочке морей до сих пор не обнаружен свободный кислород. В связи с этим можно предположить, что марсианские растения выделяют кислород не в атмосферу а в почву, или удерживают его в корнях, или растений так мало, что они выделяют небольшое количество кислорода, чтобы его можно было обнаружить с Земли. Вода. Известно, что на Марсе нет открытых водных поверхностей. Но исследователи считают, что на поверхности планеты вода есть: об этом свидетельствовало уменьшение в весенне-летний периоды белых пятен, полярных шапок. При тех физических условиях, существующих на Марсе, вода в жидком состоянии находится там не может. Она должна немедленно испаряться и замерзать оседая в виде тонкого слоя инея. Почва слой льда или вечной мерзлоты. Жидкая вода же может существовать на значительной глубине. Было отмечено, что у марсианских растений отсутствует хлорофилл, его заменяет каратиноид, пигмент красного цвета. Особый интерес вызывают марсианские каналы. Американский астроном Ловелл считает, что это ирригационная система построенная разумными обитателями Марса. Они выглядят темными жилками неправильной формы и цепочками отдельных пятнышек. На протяжении десятилетий был высказан целый ряд гипотез:

Зоны растительности

Образования тектонического характера

Трещины в вечной мерзлоте

Результаты ударов метеоритов.

Но на основании только гипотез выводы делать преждевременно. Но бесспорно, что весьма любопытные выводы, к которым приводит теория графов: тщательный статистический анализ различных образований типа сетей, встречающихся в земных условиях, привел ученых к выводу, что искусственные сети отличаются от естественных в узлах. Искусственного происхождения преобладают узлы с четырьмя сходящимися линиями, а сеть каналов Марса обладает преимущественно узлами 4-го порядка, сеть также отличается значительным процентом этих узлов; делают выяснение природы загадочных марсианских преобразований еще более увлекательной проблемой.

Трактаты и статьи ученых чьи имена звучали в реферате:

1. Г. Декарт. «Трактат о системе мира» 1633 г., «Рассуждение о методе» 1637 г., «Геометрия», «Диоптика», «Метеоры» 1638 г., «Начала философии» 1644 г., «Трактат о свете» 1664 г.
2. И. Кант. «Всеобщая естественная история и теория неба» 1755 г.
3. А. Фридман. «О кривизне пространства мира» 1922 г., «О возможности мира с постоянной отрицательной кривизной пространства» 1924 г.

Литература использованная в написании реферата:

1. Т.А. Агекян «Звезды, галактики, Метагалактика», М. «Наука»
2. Б.А. Воронцов-Вельяминов «Вселенная» Государственное изд-во технико-теоритической литературы.
3. И.Д. Новиков «Эволюция Вселенной», М. 1983 г.
4. А.И. Еремеева. «Астрологическая картина мира и ее творцы». М. «Наука» 1984 г.
5. Б.А. Воронцов-Вельяминов. «Очерки о Вселенной», М., «Наука» 1976
6. П.П. Паренаго «Новейшие данные о строении Вселенной», М. «Правда» 1948 г.
7. Большая Советская Энциклопедия» . 5т., стр. 443-445.
8. В.Н. Комаров «Увлекательная астрономия». М, «Наука», 1968 г.
9. С.П. Левитан. «Астрономия», М., «Просвещение» 1994 г.
10. В.В. Казютинский «Вселенная Астрономия, Философия», М., «Знание» 1972 г.

Уходящий век навсегда останется выделенным особо в истории астрономии. Открыть Вселенную можно только один раз. Астрономы вступили в XX век с представлениями о единственной всеобъемлющей звездной системе Млечного Пути. Мы расстаемся с этим веком в расширяющейся Вселенной, наполненной мириадами систем, подобных нашей Галактике, и с подозрением о существовании множества вселенных, совсем непохожих на нашу. В XX веке была также разгадана природа главных объектов астрономии, давших свое имя нашей науке. Потомки будут завидовать астрономам XX века за то, что именно нам удалось понять, почему светят звезды.

Попробуем набросать здесь, по неизбежности широкими мазками, очерк истории исследований, приведших к открытию Вселенной и созданию теории звезд. Эти великие достижения открыли новые горизонты и новые проблемы, о которых мы также вкратце расскажем.

Главный вопрос, волнующий нас при обращении к прошлому, состоит в том, может ли исследование путей познания утвердить нас в достоверности наших нынешних представлений о Вселенной. Кто владеет прошлым, тот может предсказать будущее. Обычно считается, что уже с конца XVIII века ученым людям каждого поколения было свойственно думать, что основы мироздания уже постигнуты, что остается лишь уточнить детали. Закон всемирного тяготения превосходно описывал движения планет и двойных звезд, и до XX века казалось, что законов ньютоновской механики достаточно для наблюдаемой картины мира. Это мнение приписывается обычно П. С. Лапласу, однако по существу он говорил лишь о перспективе обнять "в одной формуле движение величайших тел Вселенной наравне с движением легчайших атомов", что остается в известном смысле величайшей задачей и современного естествознания.

Успехи астрономии будущего, по словам Лапласа, зависели от трех условий: измерения времени, измерения углов и от совершенства оптических инструментов, причем "первые два в настоящее время не оставляют желать почти ничего лучшего". Ныне, два века спустя, устарело лишь первое условие - измерение времени перешло в ведение атомной и молекулярной физики и достигло предела точности, определяемого законами квантовой механики. В измерениях углов после почти двухвекового застоя применение интерференционных методов и выход в космос привели недавно к радикальному прогрессу, пределов которому не видно. Совершенствование оптических инструментов, на которое Лаплас возлагал особые надежды (ибо измерения углов и времени, как ему казалось, почти достигли предела возможного...), также ничем не ограничено. В конце XX века количество гигантских наземных телескопов с зеркалами, превышающими пять метров в диаметре, превысило дюжину и скоро достигнет двух десятков; разрабатывается проект 100-м телескопа. Лаплас не подозревал о возможности наблюдений в других диапазонах электромагнитного спектра, помимо оптического. Тем более не мог он помыслить о делающей ныне первые шаги нейтринной астрономии или о приемниках гравитационного излучения, которые заработают через пару лет.

Как открыли галактики

Измерение углового расстояния между небесными объектами и приходящего от них излучения - на все века единственное оружие астрономов. Доставленные на Луну, Венеру и Марс приборы выводят эти планеты из ведения астрономии, хотя получаемые при этом данные все равно регистрируются астрономическими методами - радиотелескопами.

С какими же наблюдательными средствами вступила астрономия в XX век? Крупнейшими инструментами были 40-дюймовый рефрактор Йеркской обсерватории и 36-дюймовый рефлектор Кросслея, работавший на Ликской обсерватории. В 1908 г. вступил в строй 60-дюймовый телескоп на Ма-унт-Вилсон. Эти два рефлектора с помощью фотографических пластинок фактически и открыли мир галактик, исследование которых явилось главной задачей астрономии XX века.

Конечно, видели их давно. Магеллановы Облака на южном небе, Туманность Андромеды на северном заметны и невооруженным глазом. Вильям Гер-шель в конце XVIII века составил каталог звездных скоплений и туманностей (большинство которых составляли именно далекие галактики), в котором было около 2500 объектов. К концу XIX века 13673 объекта было занесено в NGC - Новый генеральный каталог туманностей и звездных скоплений. В начале XX века Кросслеевский рефлектор зарегистрировал на фотографических пластинках около 120000 "слабых туманностей", но об их природе еще долго продолжались споры, начавшиеся в XVIII веке.

Сам Вильям Гершель считал, что слабые пятнышки света, видимые в его гигантские рефлекторы, могут быть далекими системами звезд, хотя некоторые туманности, по его мнению, могут быть истинными и состоять из диффузной светящейся материи.

Однако итоговое суждение XIX века оказалось другим. В книге о развитии астрономии в XIX веке Агнес Кларк писала: "Вопрос о том, являются ли туманности внешними галактиками, вряд ли заслуживает теперь обсуждения. Прогресс исследований ответил на него. Можно с уверенностью сказать, что ни один компетентный мыслитель перед лицом существующих фактов не будет утверждать, что хотя бы одна туманность может быть звездной системой, сравнимой по размерам с Млечным Путем".

В первые два десятилетия нашего века по-прежнему господствовало убеждение, что все видимые на небе звезды и туманности принадлежат к гигантской всеобъемлющей системе Млечного Пути, близ центра которой находится Солнце. Это была так называемая "Вселенная Каптейна", схема, за которую голландский астроном Я. Каптейн боролся до самой смерти в 1922 г.

Для решения вопроса о природе "слабых туманностей" было необходимо знать расстояние до них. Здесь могли помочь только фотометрические методы, но для их применения надо было знать светимость (абсолютную величину) каких-либо объектов, находящихся внутри этих туманностей, и сравнить ее с видимой величиной. Эту задачу впервые решил американский физик Ф. Вери в 1911 г. Сначала он оценил расстояние до Новой Персея 1901 г., сравнивая со скоростью света угловую скорость расширения туманности, возникшей после вспышки вокруг звезды. Он предполагал (совершенно справедливо), что расширение туманности - это не что иное, как распространение волны освещения межзвездной среды, окружающей Новую звезду, ее вспышкой. Затем Вери сравнил (определенную им из расстояния и видимой величины) светимость Новой Персея с видимой величиной Новой 1885 г., вспыхнувшей близ центра Туманности Андромеды, и оценил расстояние до туманности в 500 пс. Более слабые "белые" (в отличие от зеленоватых газовых) туманности, заключил Вери, лежат на расстояниях в миллионы парсек. Все правильно в этом рассуждении, кроме того, что Новая 1885 г. была на самом деле Сверхновой, ярче обычных Новых в десятки тысяч раз - и значит, расстояние до М31 не 500 пс, а в тысячи раз больше...

К 1920 г. в Туманности Андромеды стали известны три подлинные Новые звезды, и все они были на 10-12т слабее звезды 1885 года. Это различие было одним из аргументов X. Шеп-ли против внегалактической природы М31 и вообще слабых туманностей (тогда еще не были известны сверхновые звезды).

Он использовал его в так называемом "великом споре" с астрономом Ликской обсерватории Г. Кертисом, который первым понял, что вспышка 1885 г. в М31 - особый случай. Этот диспут организовала Национальная академия наук США в 1920 г. Наиболее важным аргументом Шепли было то, что сгущения в спиральных рукавах галактик обнаруживали, по данным А. ван Маанена, заметные собственные движения. Сравнение угловой и линейной (по лучевым скоростям) скоростей вращения спиральных туманностей давало расстояние; для туманности Треугольника (МЗЗ), например, оно получалось равным 2000 пс. Это расстояние помещало МЗЗ глубоко внутри системы Млечного Пути, размеры которого Шепли незадолго перед тем оценил в 100 000 пс.

Шепли опирался на зависимость период-светимость для цефеид, обнаруженную Г. Ливитт в 1908 г. по наблюдениям этих звезд в Магеллановых Облаках. Сначала он определил расстояния до ряда шаровых звездных скоплений, содержащих цефеиды, а затем, опираясь на них, разработал способы оценки расстояний и для скоплений, цефеид не содержащих. Он предположил, что концентрация шаровых скоплений в созвездии Стрельца объясняется тем, что они сгущаются к центру звездной системы Млечного Пути, и нашел расстояние до него в 15000 пс.

Кертис же считал, что это расстояние намного меньше, а зависимость период-светимость для цефеид ненадежна. Но он был совершенно прав, отстаивая внегалактические расстояния "слабых туманностей" и объясняя их отсутствие в полосе Млечного Пути концентрацией в ней вещества, поглощающего свет. В такого рода дискуссиях всегда оказывается, что частично правы были обе стороны.

Таким образом, еще в начале 20-х гг. конкурировали две системы мироздания. По Шепли, в нашей гигантской Галактике, системе Млечного Пути, Солнце помещалось на далекой окраине, как и "слабые туманности". Вселенная Каптейна содержала Солнце близ центра и была намного меньше. О том, что же находится за пределами системы Млечного Пути, обе схемы мироздания поразительным образом умалчивали, хотя некоторые астрономы были убеждены (как и Гершель в XVIII веке!), что многочисленные слабые туманности являются огромными звездными системами, сравнимыми с нашей, и что спиральные Туманности Андромеды и Треугольника - лишь ближайшие из них.

Полностью уверен в этом был К. Лундмарк, который считал, что на фотографиях, полученных Дж. Ричи еще в 1908 г. на 60-дюймовом телескопе обсерватории Маунт-Вилсон, в МЗЗ видны отдельные звезды и оценил расстояние туманности в 300 000 пс. Более того, еще в 1887 г. И. Робертс на своем 20-дюймовом рефлекторе получил фотографии, на которых во внешних частях галактики Андромеды можно увидеть отдельные звезды... Но увидеть можно только то, что считаешь возможным увидеть. Когда в начале 20-х гг. Хьюмасон показал Шепли несколько переменных звезд - вероятных цефеид, отмеченных им на пластинке с изображением туманности Андромеды, Шепли стер его отметки - в этой газовой туманности не могло быть звезд! Ошибочность этого мнения была окончательно доказана в 1924 г. Э. Хабблом, использовавшим новый 100-дюймовый телескоп обсерватории Маунт-Вилсон. Он нашел цефеиды в МЗЗ и в М31 и по ним определил расстояния, оказавшиеся близкими к оценкам Лундмарка; обе системы оказались далеко за пределами системы Млечного Пути даже при завышенных Шепли размерах нашей Галактики.

Что же касается собственных движений "узлов" спиральных рукавов, то лишь к середине 30-х годов было доказано, что они отражают лишь ошибки измерений.

Вскоре, опираясь на расстояния до ближайших галактик, Хаббл смог оценить расстояния и до более далеких систем и к 1929 г. представил доказательства того, что лучевые скорости галактик возрастают с увеличением расстояний до них. Тот факт, что далекие туманности имеют большие положительные лучевые скорости, был известен давно, но Хаббл впервые, располагая надежными расстояниями, смог уверенно определить коэффициент пропорциональности между расстояниями и скоростями галактик, известный ныне как постоянная Хаббла.

Из найденной Хабблом зависимости следовало, что Вселенная расширяется: все расстояния между всеми галактиками увеличиваются со временем. И это открытие остается величайшим результатом астрономии не только XX века. Вселенная населена галактиками, и она расширяется! Переворот, произошедший в сознании астрономов за какой-то десяток лет, сравним по своей значимости с революцией Коперника.

Теория строения и эволюции звезд

XIX век не принес понимания природы звезд, было лишь доказано старое предположение, что звезды - это далекие солнца. Гравитационное сжатие было предложено лордом Кельвином как источник энергии звезд, но этого источника хватало лишь на миллионы лет, а эволюция форм жизни на Земле требовала времени в сотни раз большего. Мы понимаем теперь, что во времена, когда даже понятие кванта света было неизвестно, сама постановка вопроса об источниках энергии звезд была преждевременна. Кто знает, о каких наших проблемах то же самое скажут наши потомки...

Наблюдательные данные, которые должна была объяснить теория строения и эволюции звезд, также появились лишь в нашем веке. Э. Герцшпрунг в 1908 г. и Г. Рессел в 1910 г. построили диаграмму, связывающую температуру поверхности звезды с ее светимостью. Было обнаружено, что большинство звезд расположено вдоль главной последовательности, тянущейся от горячих ярких звезд до слабых и холодных, но имеется еще и группа холодных, но ярких звезд - красных гигантов и сверхгигантов.

Объяснение этой диаграммы стало важнейшей задачей теории внутреннего строения звезд, в создании которой особая заслуга принадлежит А. Эддингтону. Он разработал к 1924 г. модель звезды, механическая устойчивость которой определяется балансом силы тяжести и лучевого плюс газового давления. Это давление удерживает звезду от безудержного сжатия, и обеспечивается оно очень высокой температурой, нарастающей к центру звезды. Но что создает эту температуру, что является источником звездной энергии? Дж. Джинс считал, что это аннигиляция, превращение вещества в энергию, а Эддингтон - что это ядерные реакции, превращение элементов. Он говорил в 1926 г., что возможное в лаборатории Резерфорда не может оказаться слишком трудным для природы, и что "разумно надеяться, что в не слишком отдаленном будущем мы будем способны понять такую простую вещь, как звезда".

В те же годы было разгадано происхождение линий в спектрах звезд и тем самым были определены температуры и химический состав их поверхностных слоев. Это сделала в 1925 г. Ц. Пейн, ученица Рессела, на основе теории возбуждения и ионизации атомов, которую разработал незадолго до того М. Саха. Выяснилось, что относительное содержание химических элементов у всех звезд примерно одинаково и близко к солнечному: на 96-99.9% внешние слои звезд состоят из водорода и гелия, а остальное составляет железо, кальций и др. примерно в той же пропорции, как и средний химический состав Земли и метеоритов.

Резкое различие спектров звезд было объяснено различием температур их поверхностей, хотя содержание элементов тяжелее гелия может отличаться в сотни раз. Перед теорией встала вторая задача принципиального значения - объяснить химический состав звезд и вообще вещества Вселенной.

Отныне, с 20-х годов XX века уже развитие астрономии стало зависеть от успехов физики, которая начала возвращать свой старый долг астрономии - основы механики были созданы Галилеем, Ньютоном, Лагранжем и Лапласом на основе астрономических данных. Успехи ядерной физики позволили Г. Бете (ныне здравствующему!) заложить в 1938 г. основы теории источников энергии звезд. Концентрация большинства звезд на главной последовательности диаграммы Герщшпрунга-Рессла была объяснена тем, что это самая длительная стадия эволюции, на которой источником энергии звезд является превращение водорода в гелий. Эта реакция в ее взрывном варианте была осуществлена на Земле в 1952-1953 гг., но начавшиеся в те же годы работы по созданию управляемого термоядерного реактора все еще не увенчались успехом. Достигнутое в середине XX века понимание природы звезд и, в особенности, источников их энергии является величайшим триумфом естествознания.

Теория источников энергии и строения звезд в соединении с данными о диаграммах Герцшпрунга-Рессла звездных скоплений, звезды в каждом из которых образовались, без сомнения, совместно и почти одновременно и отличаются лишь массами, позволила в середине века понять основные закономерности эволюции звезд. Она идет тем быстрее, чем больше их масса, а пропорциональная кубу массы светимость определяет темп расхода ядерного горючего.

Наиболее населенная часть диаграммы, главная последовательность, заполнена звездами на продолжительной стадии горения водорода в ядре, после выгорания которого ядро сжимается, а оболочка звезды распухает. Наиболее массивные звезды скопления первыми переходят в стадию красных сверхгигантов и гигантов, у которых идет горение гелия в ядре. По светимости самых ярких звезд, еще оставшихся на главной последовательности, определяется их возраст и, следовательно, возраст всего скопления. Более тяжелые элементы, вплоть до железа, образуются на последующих все более кратких стадиях эволюции, заканчивающейся у массивных звезд вспышкой звезды как Сверхновой, в процессе которой образуются и более тяжелые элементы. При вспышках сверхновых и образовании планетарных туманностей (на поздних стадиях эволюции менее массивных звезд) элементы тяжелее гелия поступают в межзвездную среду и участвуют затем в образовании космической пыли, комет и планет.

Уже в 40-х годах стало ясно, что запасов ядерного горючего у наиболее расточительных звезд высокой светимости хватает лишь на миллионы лет - они должны образовываться в наше время. Постоянное соседство этих звезд с газопылевыми туманностями указывало на их генетическую связь, и Ф. Уиппл еще в 1942 г. заключил, что межзвездное вещество является единственным очевидным источником вещества для построения звезд. Молодость звезд высокой светимости вскоре получила подтверждение из совсем других соображений. В 1947 г. В. А. Амбарцумян заключил, что в разреженных группировках этих звезд, звездных ассоциациях, звезды не могут долго удерживаться вместе взаимным тяготением, и, следовательно, эти группировки образовались недавно. Вывод о групповом образовании звезд, продолжающемся и в наше время, стал общепризнанным.

Строение галактик

Открытие населенной галактиками Вселенной было и открытием нашей Галактики как одной из многих. Мы могли теперь сравнивать нашу звездную систему с другими и, наоборот, опираться при их изучении на знания о нашей Галактике. Две трудности препятствуют исследованиям Галактики. Одна из них - поглощение (точнее, рассеивание) света в облаках газа, содержащих также примесь твердых частиц, в основном углерода, из-за чего уменьшается видимый блеск звезд и искажаются их фотометрические расстояния, единственно определяемые для удаленных объектов. Бороться с поглощением света научились лишь недавно, ведя наблюдения в далеком инфракрасном диапазоне, в котором оно мало. Развитие интерференционных наблюдений из космоса в ближайшие десятилетия позволит определять расстояния объектов в нашей Галактике геометрически, без знания их светимости и видимого блеска, исправленного с учетом поглощения. Однако вторая трудность носит принципиальный характер. Мы живем близ экватора нашей дискообразной звездной системы и не можем окинуть ее взглядом сверху. С этим уже ничего не поделаешь. Надежда на то, что когда-нибудь мы установим связь с разумными существами, живущими хотя бы в килопарсеке над (или под) плоскостью Галактики, и они поделятся своими фотографиями, слаба...

В 40-х гг. было установлено, что в Галактике имеются два типа звездного населения. Население типа I, к которому относится Солнце, рассеянные скопления, звезды-сверхгиганты, облака газа и пыли концентрируется к плоскости Галактики, а население типа II (шаровые скопления, планетарные туманности, некоторые звезды-гиганты и др.) - к ее центру, образуя сфероидальное гало.

Распознание двух типов звездного населения было итогом серии работ, начавшихся с доказательства вращения Галактики Я. Оортом в 1927 г. Он показал, что распределение лучевых скоростей и собственных движений звезд по небу такое, какое следует ожидать, если звезды вращаются вокруг центра Галактики. Несколько раньше Б. Линдблад объяснил высокую лучевую скорость шаровых скоплений тем, что на самом деле система этих скоплений вращается вокруг центра Галактики медленно, а Солнце и другие звезды галактического диска - быстро, и их высокие наблюдаемые скорости являются лишь отражением движения Солнца.

Направление, перпендикулярное векторам скоростей шаровых скоплений, указывало на созвездие Стрельца, где помещается также и область их наибольшей концентрации. Стало окончательно ясно, что Шепли был прав, предполагая, что центр системы шаровых скоплений является и центром всей Галактики.

В работах Линдблада, Оорта и Боттлингера было заподозрено различие не только кинематических характеристик, но и физических типов звезд диска и гало Галактики. Однако только в работе В. Бааде, опубликованной в 1944 г., появилась концепция двух типов звездного населения.

Пользуясь пластинками, чувствительными к красным лучам, и низкой яркостью ночного неба, связанной со светомаскировкой военного времени, благодаря которой огни Лос-Анджелеса перестали подсвечивать небо над обсерваторией Маунт-Вилсон, Бааде получил серию длинных экспозиций центральной части галактики Андромеды и смог разрешить ее на звезды. Хабблу это не удалось, и он даже считал возможным, что ближе к центру М31 состоит из газа. Что же это были за звезды? Конечно, красные гиганты. Однако в рассеянных скоплениях нашей Галактики они столь слабы, что если это были бы такие же звезды, то в М31 они были бы недоступны для наблюдений. Бааде предположил, что это гиганты, но только другого типа - типа тех, что наблюдаются в шаровых скоплениях (они на 3 звездные величины ярче). И тогда все сразу стало на место. Не только шаровые скопления, но и типичные для них звезды поля концентрируются к центру спиральных галактик. Бааде назвал их населением типа II, а звезды галактического диска и рассеянные скопления - населением типа I.

Вскоре было найдено, что два типа звездных населений отличаются не только кинематикой и распределением в пространстве (что было детально изучено в работах П. П. Паренаго и Б. В. Кукаркина). Содержание тяжелых элементов у объектов населения II оказалось в сотни раз меньше, чем у населения I. Создание к концу 50-х гг. теории звездной эволюции дало возможность оценить возраст звезд. У населения II он составляет около 10-15 млрд. лет, тогда как у подавляющего большинства объектов диска возраст не превышает 8 миллиардов лет и может быть сколь угодно мал. Иными словами, только в диске наблюдаются признаки звездообразования, идущего на наших глазах в газопылевых облаках, которые показывают наибольшую концентрацию к плоскости Галактики.

Содержание элементов тяжелее гелия у всех звезд населения I "нормальное" (близкое к солнечному) именно потому, что они образовались из газа, уже обогащенного этими элементами при вспышках сверхновых. Это обогащение шло очень быстро в первые миллиарды лет жизни Галактики. Образование звезд и скоплений населения II было кратковременным и бурным эпизодом, в конце которого началось и продолжается до сих пор образование звезд населения I.

Большинство спиральных галактик, видимых с ребра, четко показывают плоскую дискообразную систему голубых (молодых) звезд и газопылевых облаков, перпендикулярную оси вращения галактики, и сфероидальную систему шаровых скоплений, концентрирующихся к центру галактики. Эллиптические галактики состоят почти исключительно из объектов населения II, а в неправильных - преобладает население I.

Природа спиральных рукавов галактик долгое время была загадкой. Дж. Джинс писал в 1929 г., что пока спиральные рукава остаются необъясненными, нельзя доверять теориям строения галактик. Он допускал, что в рукавах закручивается вещество, выбрасываемое из ядер галактик из других пространственных измерений. Еще недавно защищал близкую точку зрения X. Арп. Однако движение вещества вдоль рукава отсутствует, наблюдается замедление движения звезд и газа вокруг центра галактики при их попадании в рукава. Это говорит о том, что тянущиеся на десятки килопарсек правильные симметричные относительно центра галактики рукава - это спиральные волны повышенной плотности газа и звезд, возникшие благодаря спиральному возмущению гравитационного поля галактики. Причиной его считают наличие спутника, как у М51, или наблюдающиеся у всех спиральных галактик с такими рукавами отклонения их центральных частей от осевой симметрии - они имеют овальную форму.

Космологическая проблема

Таким образом, к середине века был заложен незыблемый и ныне фундамент наших представлений о природе звезд, о строении галактик и их систем. В 1952 г. нашла разрешение, казалось бы, последняя проблема, препятствовавшая всеобщему признанию их правильности. Найденная Хабблом в 1929 г. скорость расширения Вселенной означала, что около двух миллиардов лет назад все вещество было в точке и имело бесконечно большую плотность.

Это следовало и из космологических построений, основанных на общей теории относительности Эйнштейна, но возраст Вселенной получался неприемлемо малым, около двух миллиардов лет - меньше возраста Земли, известного из данных геологии . Величина, обратная постоянной Хаббла, дает "возраст Вселенной" - время, прошедшее с начала ее расширения. Оно определяется расстояниями до галактик, которые до сих пор основаны на светимостях цефеид и их видимых величинах в близких галактиках. В 1952 г. В. Бааде в результате исследований галактики Андромеды на 5-м рефлекторе, регулярные наблюдения на котором начались в 1949 г., пришел к выводу, что цефеиды ярче примерно на полторы звездные величины, чем считал Хаббл. Выявилась и еще одна его ошибка. Расстояния далеких галактик Хаббл определял, измеряя яркость их ярчайших звезд, но многие из них оказались компактными звездными скоплениями, светимость которых намного больше, чем у индивидуальных звезд. В результате вместо 500 км/с/Мпс у Хаббла постоянная его имени стала составлять 50-100, а возраст Вселенной - около 15-20 млрд. лет. К этому времени было уже ясно, что возраст самых старых объектов населения II, шаровых звездных скоплений, составляет около 10-15 млрд. лет. В картине эволюции звезд, галактик и Вселенной не было больше противоречий.

Известное завершение она получила в 1965 г., когда было обнаружено микроволновое фоновое излучение, реликт первоначального горячего состояния Вселенной. Оно возникло в момент отделения вещества от излучения, когда его температура составляла около 4000 градусов, но ныне, из-за расширения Вселенной, температура реликтового излучения составляет 2.7 К. Подтвержденная этим открытием космологическая модель первоначально горячей расширяющейся Вселенной объяснила, почему даже в самых старых звездах населения II наблюдается высокое (25-30%) содержание гелия - он образовался, в основном, еще в дозве-здном газе на ранней стадии расширения. На более поздней стадии начальные флуктуации плотности развились в протоскопления галактик, над проблемой происхождения которых успешно работали Я. Б. Зельдович и его школа. Открытие реликтового излучения подтверждало космологическую модель Фридмана и делало ненужной модель квази-стационарной Вселенной Ф. Хойла и Г. Бонди, согласно которой плотность расширяющейся, но вечной Вселенной всегда остается постоянной из-за появления нового вещества.

Казалось, что основные проблемы астрономии решены - исходные мгновения расширения Вселенной составляли уже чисто физическую проблему, для решения которой требовалось развитие теории квантовой гравитации. Все трудности, вроде бы, удалось "смести под этот ковер".

Правда, оставалось облачко сомнений, зародыш которого возник еще в 1933 г. Ныне оно разрослось в гигантскую проблему ненаблюдаемой, темной материи, общую и для физики, и для астрономии.

В 1933 г. Ф. Цвикки обнаружил, что разброс (дисперсия) скоростей галактик в скоплении Волос Вероники составляет около 1000 км/с. В предположении гравитационной связанности этого скопления отсюда следовало высокое отношение массы к светимости для этих галактик, на порядок большее, чем следовало бы ожидать, исходя из их звездного состава.

Аналогичный результат был получен затем для скопления галактик в Деве. Цвикки не мог найти объяснений этой странности, и на проблему не обращали внимания до 1958 г., когда В. А. Амбарцумян предположил, что высокие скорости галактик в скоплениях объясняются тем, что они распадаются подобно звездным ассоциациям. Некоторое время это предположение пользовалось успехом, однако, вскоре стало ясно, что оно ведет к еще большим трудностям.

Большинство эллиптических галактик, возраст звезд в которых около 15 млрд. лет, находится в скоплениях, однако оценки массы галактик и их скорости в скоплениях приводили к выводу, что возраст самих скоплений не более миллиарда лет - намного меньше возраста звезд населения II. Вместе с предположением об образовании звезд из сверхплотного вещества, об особой роли ядер галактик, порождающих де окружающую галактику, эти представления получили название "бюраканской концепции"; несколько советских философов настойчиво противопоставляли ее взглядам большинства астрономов. Фактически они утверждали, что происхождение звезд и галактик все еще неизвестно.

Однако уже с конца 30-х годов начали появляться признаки того, что ненаблюдаемое вещество имеется и в индивидуальных галактиках, а не только в самих скоплениях. Это в первую очередь следовало из того, что диски галактик сохраняли высокие скорости вращения и на очень больших расстояниях от центра, там, где звезд уже не было видно. В 1974 г. Дж. Острайкер и Дж. Пиблс и независимо от них Я. Эйнасто и его сотрудники, анализируя зависимости скоростей вращения галактик от расстояния до их центров и плотность вещества в их дисках, пришли к выводу о существовании у галактик обширных корон из темного, ненаблюдаемого вещества, в которых может заключаться около 90% массы галактики. Массы галактик следовало увеличить на порядок, и их скопления при этом становятся гравитационно связанными, что следовало также и из скоростей движения горячего газа, обнаруженного в те же годы при изучении скоплений галактик в рентгеновском диапазоне.

С тех пор проблема скрытой массы остается нерешенной, носители ее неизвестны, хотя практически все уверены, что это не обычное барионное вещество. Нельзя, пожалуй, сказать, что эта проблема находится в центре внимания астрономов - наличие невидимого вещества проявляется только в динамике галактик, по ее гравитационному воздействию, и в большинстве исследований о нем можно не помнить; однако ныне эта проблема становится главной заботой теоретической физики. Нарастает понимание того, что телескопы, а не ускорители будут играть решающую роль на переднем краю физики не только макромира, но и микромира, как об этом пророчески писал Л. А. Арцимович еще в 1972 г. Фактически, это время уже настало.

По последним оценкам, масса барионной материи во Вселенной составляет всего лишь 4%, из которых 3% приходится на горячий газ, а 1% - на звезды и холодный газ. Темное вещество может составлять около 30% полной массы Вселенной, возможно, что носители его являются еще неизвестными элементарными частицами. Остальные 66%, возможно, приходятся на долю "скрытой энергии" или "квинтэссенции", которую считают ответственной за ускоренное расширение Вселенной, выявляемое в последние годы по наблюдениям далеких сверхновых типа la, светимость которых можно считать повсеместно одинаковой.

Эта проблема составляет часть общей космологической проблемы, которая все еще далека от решения. Отметим, что на новом этапе, начавшемся с восьмидесятых годов, космология вообще снимает проблему начала мира.

Большинство космологов согласно сейчас с предположением, что до начала современного этапа расширения был этап намного более быстрого, как говорят, инфляционного расширения нашей Вселенной. В русле работ по созданию единой физической теории появилась инфляционная космология, согласно которой первичной и вечной сущностью является т.н. ложный физический вакуум, в котором спонтанно рождаются расширяющиеся пузыри пространства-времени, новые вселенные, с самыми разными параметрами и разными физическими законами в них, и одной из них является наша Вселенная.

Успешно продвигается работа по объединению электромагнитослабых и сильных (управляющих частицами в ядрах атомов) взаимодействий, просматриваются возможности последующего включения в единую теорию и гравитации. По мнению американского физика Р. Фейнмана, настанет день, когда мы будем знать все, и жизнь станет скучной. Возможно, но день этот придет лишь в бесконечно далеком будущем...

Пессимисты любят вспоминать известный диалог между ангелом и Всевышним:

Господь, они открыли новую элементарную частицу, как будем реагировать?

Добавим еще один нелинейный член в уравнение единого физического поля!

Будем однако же надеяться, вместе с Эйнштейном, что Господь хотя и изощрен, но не злонамерен...

Новые объекты Вселенной

В 60-х годах последовала серия открытий новых астрономических объектов, что стало возможным благодаря расширяющимся наблюдениям вне пределов оптического диапазона электромагнитного спектра. Радиоастрономия встала на ноги еще в 50-е годы, когда исследования на длине волны нейтрального атомарного водорода 21 см позволили обнаружить концентрацию газовых облаков в диске и особенно в спиральных рукавах нашей Галактики. Были обнаружены галактики, особенно сильно излучающие в радиодиапазоне, а в 1960 г. был найден звездообразный объект - мощный радиоисточник. К 1963 г. их стало четыре, и в марте этого года М. Шмидт догадался, что загадочная последовательность эмиссионных линий в спектре одного из них, ЗС 273, - не что иное, как бальмеровская серия линий водорода, но с красным смещением 0.158. Звездобразный объект оказался дальше далеких галактик!

Такого рода объекты получили название квазаров. Светимость их намного больше, чем у обычных галактик, а угловые размеры намного меньше, но все попытки объяснить красное смещение иначе, чем большим расстоянием, остались безуспешными. Споры продолжались лет десять, но накапливалось все больше свидетельств того, что квазары - это далекие галактики с необычно ярким ядром и мощным радиоизлучением. И. С. Шкловский еще в 1963 г. отметил сходство их спектров и спектров ядер сейфертовских галактик. Правда, X. Арп и сейчас еще отстаивает мнение, что квазары - это объекты, выброшенные из ядер галактик, а их красное смещение является свойством новорожденной в ядрах материи...

Новая физика не оказалась нужна и для пульсаров, открытых в 1968 г. Строго периодические, повторявшиеся через доли секунды радиоимпульсы выглядели столь необычно, что обнаружившие их английские радиоастрономы на полгода засекретили свое открытие, подозревая, что сигналы подают разумные обитатели космоса. Но очень скоро стало ясно, что они возникают вследствие быстрого вращения звезд с сильным магнитным полем, радиоизлучающих в узком конусе. Периоды вращения указывали на чудовищную плотность пульсаров, и это означало, что наконец-то открыты предсказанные еще в 30-х годах нейтронные звезды - огарки сверхновых. Можно сказать, что открытие пульсаров было почти предсказано. В частности, Н. С. Кардашев писал о том, что объект, остающийся после взрыва сверхновой, должен, в силу законов сохранения, обладать быстрым вращением и сильным магнитным полем, не было предсказано лишь коллимированное радиоизлучение.

В те же 60-е годы начались открытия источников рентгеновского излучения. Большинство из них оказалось нейтронными звездами, входящими в состав двойных систем. Этот сорт конечных продуктов звездной эволюции был уверенно обнаружен. Но звезды с массой больше примерно трех масс Солнца должны заканчивать свою жизнь как черные дыры, безудержно коллапсируя за пределы гравитационного радиуса. Первые подозрительные на чернодырность объекты были найдены в те же годы. Это были невидимые компоненты затменных двойных систем, массы которых превышали три солнечных. Сейчас такого рода объектов насчитывается около дюжины.

Доказательства наличия черных дыр в центрах ряда галактик более определенны, тут речь идет об объектах с массами в миллионы солнечных. Концентрация гигантской массы в ничтожном объеме доказана недавно для центра нашей Галактики прямым измерением движений звезд. Уверенные признаки наличия черных дыр сейчас найдены в центрах примерно полусотни галактик. Это ставит проблемы не менее серьезные, чем существование материи, замечаемой лишь по ее гравитационному воздействию. Теории черных дыр, во всяком случае, их внутренней области, еще нет, и это открывает широкий простор для самых смелых предположений. Черные дыры могут оказаться окнами в другие вселенные, в другие пространственно-временные измерения...

Нейтронные звезды и черные дыры, так или иначе, замешаны и в явлении, известном как вспышка гамма-излучения. Эти вспышки, открытые в 1967 г., оставались загадочными в течение 30 лет - неперекрытый рекорд в современной астрономии. Долгие 6 лет гамма-вспышки составляли глубокий секрет Национальной обсерватории в Лос-Аламосе (где их обнаружили с помощью системы спутников, предназначенной для регистрации ядерных взрывов), хотя довольно скоро было установлено, что вспышки приходят из космоса.

Наконец, побывавший с визитом в Лос-Аламосе известный физик Ф. Дайсон сказал своим коллегам, что даже Советам не под силу почти каждый день выводить в космос ракеты с водородными бомбами - надо публиковать сообщение о явлении.

Кратковременность явления (от долей до сотен секунд) указывала, что источником гамма-лучей являются очень компактные объекты, такие, как нейтроннные звезды. Полная изотропность расположения на небе (отсутствие концентрации ни к плоскости, ни к центру Галактики, ни к близким галактикам) оставляла только две возможности - они либо очень близко от нас, не дальше ближайших звезд, либо же очень далеко - и тогда это очень редкие явления чудовищной энергии в далеких галактиках.

Проблема мучила астрономов дольше, чем какая-либо другая во второй половине XX века. В отличие от квазаров или пульсаров, ни в каком другом диапазоне спектра гам-мавсплески не обнаруживались, и причиной этого была кратковременность явления и отсутствие сколько-нибудь точных координат. Лишь 28 февраля 1997 г. итало-голландский спутник Beppo-SAX зарегистрировал гамма-вспышку GRB 970228, на месте которой был обнаружен угасающий рентгеновский источник. Это позволило определить точные координаты, по которым на месте гамма-вспышки была найдена слабая галактика. Затем было обнаружено оптическое послесвечение у всплеска GRB 970508 - и вновь на его месте была найдена слабая галактика, красное смещение линий в спектре которой (z=0.835) оказалось поисти-не гигантским.

Сейчас подобные послесвечения в оптическом диапазоне наблюдались уже у двух десятков гамма-всплесков, у половины из них измерено красное смещение. За единственным исключением, они находятся в пределах от 0.5 до 4.5, что означает чудовищно гигантские энергии вспышек, до 10 53 -10 54 эрг, как у сотен и тысяч сверхновых звезд, вспыхнувших одновременно. Нарастает подозрение, что гамма-вспышки являются узконаправленными релятивистскими джетами, что существенно уменьшает оценки мощности вспышек, но увеличивает оценки их частоты в каждой галактике.

Гамма-вспышки регистрируются почти каждый день, и вместе с их расстояниями это означает, что в каждой галактике они вспыхивают примерно раз в несколько миллионов лет - в отличие от Сверхновых, частота вспышек которых - раз в столетие. Изображения галактик, в которых зарегистрированы послесвечения, вроде бы показывают, что гамма-всплески происходят вблизи областей звездообразования, и поэтому многие астрономы склоняются к предположению, что они связаны с коллапсом очень массивной, быстро вращающейся звезды.

Согласно другой гипотезе, явление гамма-всплеска возникает при слиянии компонентов тесной двойной, состоящей из нейтронных звезд или черных дыр, которое происходит вследствие сближения компонентов системы при излучении гравитационных волн. По мнению автора, в этом случае наблюдаемое тяготение гамма-всплесков к областям звездообразования можно объяснить тем, что они сами способны инициировать звездообразование, а тесные системы из компактных объектов возникают при сближениях звезд в плотных массивных скоплениях, и поэтому гамма-всплески происходят вблизи таких скоплений.

Проблема гамма-всплесков остается наиболее актуальной в современной астрофизике. Здесь пересекаются космология, эволюция звезд и галактик, физика высоких энергий. Более того, не исключено влияние гамма-вспышек на эволюцию жизни на Земле. Такая вспышка даже на расстоянии порядка килопарсека может убить все живое на обращенном к ней полушарии Земли (но не под водой). Возможно, что пока такие вспышки были слишком частыми, наземная жизнь не могла проэволю-ционировать достаточно далеко.

Подводя итоги

Подводя итоги астрономии XX века, необходимо согласиться с мнением И. С. Шкловского, высказанным им более 20 лет назад. Этот век был для астрономии тем же, чем эпоха великих географических открытий для географии. Может быть лучше воспользоваться архаическим термином и говорить в данном контексте о космографии, об описании Вселенной.

Вселенная населена гигантскими звездными системами - галактиками, одной из которых является наша система Млечного Пути, и она расширяется. Этот вывод, неопровержимо доказанный к 1929 г., и по сей день остается важнейшим итогом XX века.

Космография завершена в XX веке, Америку нельзя открыть еще раз. Однако понимание Вселенной, как мы уже говорили, никогда не станет исчерпывающе полным. Проблемы начальной стадии ее эволюции и природы ненаблюдаемого вещества далеки от решения, и будучи поставленными астрономией, они являются ныне величайшим вызовом для теоретической физики. Астрономы наблюдают лишь 5% массы Вселенной, но полученных ими данных оказалось достаточно, чтобы доказать наличие остальных 95%!

Проблема сингулярности, сверхплотной начальной стадии расширения Вселенной, многократно возникает и при гравитационном коллапсе массивных звезд, и в ядрах галактик, где наличие черных дыр безусловно доказано. Квантовая теория гравитации остается все еще наукой будущего, и без нее эта проблема не будет решена.

Активность ядер галактик может быть связана с аккрецией вещества на сверхмассивные черные дыры. Узкие джеты длиной до мегапарсека выбиваются в противоположные стороны ряда галактик, кончаясь в гигантских газовых пузырях. Вдоль этих джетов вещество выбрасывается с субсветовыми скоростями. Такие джеты, самого разного масштаба, наблюдаются и в квазарах, и в двойных системах, и по-видимому везде, где замешаны черные дыры - а впрочем, и в очень молодых звездах.

Возможно, что аналогичные явления наблюдаются и в гамма-всплесках. Теория релятиви-стких джетов находится еще в стадии создания. Это та область, где особенно необходимо накопление наблюдательных данных.

Вторым по значению достижением астрономии XX века, после открытия галактик и расширения Вселенной, представляется нам построение теории звезд, их строения, источников энергии и эволюции. Совместные усилия наблюдательной астрономии и физической теории привели к результату, который будущие века лишь уточнят в деталях. Превращение звезд главной последовательности в красные гиганты, термоядерные реакции синтеза как источник энергии звезд - эти выводы теории покоятся на незыблемом фундаменте множества взаимо-согласующихся наблюдательных и экспериментальных фактов. Объяснение распространенности химических элементов во Вселенной также является важнейшим и бесспорным достижением, полученным на стыке космологии и теории звезд.

Можно, пожалуй, сказать, что концептуальных достижений такого масштаба в XIX веке не было. Важнейшие его результаты носили скорее методический характер - высокоточные определения положения звезд, что привело к определению параллаксов немногих звезд и массовому определению их собственных движений, и открытие спектрального анализа, что сразу же позволило начать определения лучевых скоростей звезд. Надо, однако, заметить, что лишь определение расстояний звезд и изучение их спектров доказало в XIX веке сделанное многие века назад предположение о том, что наше Солнце - одна из звезд.

В нашем веке величайшее достижение методики - это, конечно, превращение астрономии во всеволновую. Уже работающие нейтринные телескопы и создающиеся приемники гравитационных волн означают выход и за пределы электромагнитного спектра.

Резко раздвинутся в ближайшие годы возможности и оптической астрономии, и не только благодаря введению в строй целой армады крупных наземных и космических телескопов. Ведутся обширные программы наблюдений гравитационного линзирования света, которое служит чем-то вроде естественного сверхтелескопа; фантастические перспективы открывают сверхточные астрометрические измерения из космоса. Выход в космос позволит резко увеличить разрешающую способность и радиоинтерферометрических методов.

Нельзя не сказать о подлинной революции в оптической астрономии, произошедшей в связи с массовым применением, начиная с 80-х годов, твердотельных приемников излучения - приборов с зарядовой связью (ПЗС-матриц). Они регистрируют до 90% падающего на них света, причем результат сразу дается в цифровой форме, удобной для обработки. Век астрономической фотографии длился чуть дольше века и фактически уже ушел в прошлое.

Человек и Вселенная

Особенностью астрономии является невообразимое количество разнообразных объектов, с которыми нам приходится иметь дело. Протон неотличим от другого протона, но у каждой галактики свое лицо. Без развития электронных средств хранения, обработки и передачи информации астрономы были бы теперь беспомощны. Размещенные в Интернете и обычно открытые для всеобщего пользования каталоги, базы данных и электронные варианты журналов являются не просто бесценным подспорьем, в ряде областей работа без их использования уже невозможна. Не менее важна система электронных препринтов, мгновенно делающая доступной результаты работы, а также поисковая система, позволяющая найти любую статью и данные о любом объекте. Мечта фантастов о всемирной библиотеке уж лет пять как воплощена в жизнь.

Подчеркнем еще раз, что выход в космос и превращение астрономии во всеволновую не принесли революционных изменений в собственно астрономической картине мира. Как отмечал И. С. Шкловский, важнейший результат космонавтики состоял в том, что прямые исследования далеких планет подтвердили результаты дистанционных астрономических наблюдений, укрепив нашу веру в то, что наши телескопы и теории правильно описывают мир - вплоть до четко определенных пределов, таких как начальная сингулярность и черные дыры. Здесь нас действительно ждет неизвестное, но новая космофизика включит в себя наше знание об обычных звездах и галактиках как частный случай.

Это и есть, по нашему мнению, признак подлинной науки - ее истинные результаты всегда подчиняются принципу соответствия Н. Бора - старое знание не отменяется, а оказывается предельным случаем нового. С этой точки зрения, революций в науке не бывает. Так, планетная теория Птолемея была элементом пранауки, а не первым приближением к истине, а деятельность Коперника, Галилея и Ньютона ознаменовала не революцию в астрономии, а рождение современной науки. Как подчеркивал В. Гейзенберг, умение предсказывать явление еще не означает его понимание, - что и продемонстрировала система мира Птолемея. А подлинная наука начинается с понимания, становящегося со временем все более и более полным.

Научная революция начала XX века, связанная с появлением теории относительности и квантовой механики, означала переворот не в науке, а в психологии исследователей, и была в сущности новым торжеством человеческого разума. Оказалось, что мы способны оперировать с объектами и явлениями, для которых у нас нет ни модельных представлений, ни соответствующих понятий. Теории, развиваемые первоначально как чисто математические формулировки, составили взаимосогласованную и подтвержденную многочисленными экспериментами и наблюдениями картину; замечательно при этом, что были использованы математические построения (вроде матричного исчисления), созданные сто лет назад и казавшиеся абсолютно абстрактными.

С 80-х годов стали развиваться представления о множественности вселенных с самыми разными физическими законами в каждой из них, об их спонтанном рождении из вечного флуктуирующего физического вакуума. Эти представления тесно связаны с работами по созданию единой теории физических взаимодействий. Мы вступили в этап новой мировоззренческой революции. Снимается вопрос о происхождении нашей Вселенной, о том, что было до ее рождения - но ценой отказа от единственности законов физики!

Удивительная "подгонка" всех параметров нашего мира к возможности нашего в нем существования, о необходимости объяснения которой говорит антропный принцип (не лучше ли говорить о парадоксе!), в таком случае не удивительна, число разнообразных вселенных по некоторым оценкам составляет 10 50 , и одна из них, наша Вселенная, могла возникнуть с комбинацией параметров, позволяющих именно наше существование или даже с необходимостью к нему ведущих.

Множественность вселенных, спонтанно возникающих из физического вакуума, следует из новой "инфляционной" космологии, развиваемой А. Д. Линде и другими. Описание эволюции нашей Вселенной, основанное на космологии Эйнштейна-Фридмана, при этом не отрицается, лишь ограничивается область его применимости в согласии с принципом соответствия.

Принципиальный прорыв в развитии космологии был, в известной степени, стимулирован признанием того факта, что существование звезд, планет и нас самих возможно лишь в узком интервале макро и микропараметров физического мира. Наше соответствие нашему миру было известно давно, но для многих и многих казалось вполне тривиальным обстоятельством, не заслуживающим размышлений; глубина проблемы и ее эвристическое значение не замечались. Между тем наиболее экономным решением антропного парадокса является именно предположение о множественности вселенных, и мы вправе сделать логический вывод о том, что Человек способен познать ту Вселенную, которая его породила.

Возможно, что аналогичная ситуация наблюдается и сейчас - не менее глубокой и потенциально плодотворной является проблема молчания Вселенной. Проблема существования внеземного разума может найти решение на путях дальнейшего развития космологии, как об этом пишет А. Д. Линде и еще раньше писал В. А. Лефевр. Такие серьезные ученые, как Ф. Хойл, И. С. Шкловский, Н. С. Кардашев, на счету которых блистательно подтвердившиеся идеи, много внимания уделяли и уделяют этой проблеме, но для многих специалистов она остается научной фантастикой, заниматься которой не пристало серьезному ученому. Между тем, это величайшая загадка мироздания, ибо при темпах развития таких же, как у нашей технологической цивилизации, вся Галактика должна быть освоена за несколько миллионов лет. Наша уникальность или же неизбежность замыкания каждой цивилизации в своем коконе должны получить объяснение.

Возможно, однако, что те виды деятельности или сигнализации, которые мы ожидаем встретить, основываясь на наших знаниях и технологическом опыте, осуществляются лишь на краткой стадии развития, которую другие цивилизации прошли раньше нас или пройдут позже нас на тысячи - или миллиарды - лет. Многие явления и объекты, наблюдаемые астрономами, могут быть связаны с активностью далеко опередивших нас космических субъектов, тогда как вероятность застать достаточно близко от нас цивилизацию на кратковременной - порядка 100 лет - стадии технологического развития, близкой к нашей, ничтожно мала. Для этого нужно совпадение во времени кратких этапов развития, начавшегося с разбросом в миллиарды лет. А только цивилизацию, находящуюся на близкой к нашей стадии развития, мы в состоянии опознать как таковую.

Профессиональный институт управления

Факультет Финансы и кредит

Специальность Финансы и кредит

Дисциплина Концепция

современного естествознания

Реферат

на тему:

Вселенная

Студента Ивановой Е.А.

Группа УФТЗ-51/8-Ф-Вс-2

Москва - 2010

Происхождение Вселенной 3

Модель расширяющейся Вселенной 5

Эволюция и строение галактик 10

Астрономия и космонавтика 12

Литература 14

Происхождение Вселенной

Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир. Когда в культуре господствовали мифологические представления, происхождение мира объяснялось, как, скажем, в «Ведах» распадом первочеловека Пуруши. То, что это была общая мифологическая схема, подтверждается и русскими апокрифами, например, «Голубиной книгой». Победа христианства утвердила представления о сотворении Богом мира из ничего.

С появлением науки в ее современном понимании на смену мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении Вселенной. Следует разделять три близких термина: бытие, универсум и Вселенная. Первый является философским и обозначает все существующее, бытующее. Второй употребляется и в философии, и в науке, не имея специфической философской нагрузки (в плане противопоставления бытия и сознания), и обозначает все как таковое.

Значение термина Вселенная более узкое и приобрело специфически научное звучание. Вселенная - место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению. Постепенное сужение научного значения термина Вселенная вполне понятно, так как естествознание, в отличие от философии, имеет дело только с тем, что эмпирически проверяемо современными научными методами.

Вселенную в целом изучает наука, называемая космологией, т.е. наукой о космосе. Слово это тоже не случайно. Хотя сейчас космосом называют все находящееся за пределами атмосферы Земли, не так было в Древней Греции. Космос тогда принимался как «порядок», «гармония», в противоположность «хаосу», «беспорядку». Таким образом, космология, в основе своей, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.

Это изучение зиждется на нескольких предпосылках. Во-первых, формулируемые физикой универсальные законы функционирования мира считаются действующими во всей Вселенной. Во-вторых, производимые астрономами наблюдения тоже признаются распространяемыми на всю Вселенную. И, в-третьих, истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования самого наблюдателя, т.е. человека (так называемый антропный принцип).

Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Почему моделями? Дело в том, что одним из основных принципов современного естествознания является представление о возможности проведения в любое время управляемого и воспроизводимого эксперимента над изучаемым объектом. Только если можно провести бесконечное, в принципе, количество экспериментов, и все они приводят к одному результату, на основе этих экспериментов делают заключение о наличии закона, которому подчиняется функционирование данного объекта. Лишь в этом случае результат считается вполне достоверным с научной точки зрения.

К Вселенной это методологическое правило остается неприменимым. Наука формулирует универсальные законы, а Вселенная уникальна. Это противоречие, которое требует считать все заключения о происхождении и развитии Вселенной не законами, а лишь моделями, т.е. возможными вариантами объяснения. Строго говоря, все законы и научные теории являются моделями, поскольку они могут быть заменены в процессе развития науки другими концепциями, но модели Вселенной как бы в большей степени модели, чем многие иные научные утверждения.

Модель расширяющейся Вселенной

Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат два предположения: 1) свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках (однородность) и направления (изотропность); 2) наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна. Из этого следует так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Космология, основанная на этих постулатах, - релятивистская.

Важным пунктом данной модели является ее нестационарность. Это определяется двумя постулатами теории относительности: 1) принципом относительности, гласящим, что во всех инерционных системах все законы сохраняются вне зависимости от того, с какими скоростями, равномерно и прямолинейно движутся эти системы друг относительно друга; 2) экспериментально подтвержденным постоянством скорости света.

Из принятия теории относительности вытекало в качестве следствия (первым это заметил петроградский физик и математик Александр Александрович Фридман в 1922 году), что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться, или сжиматься. На этот вывод не было обращено внимания вплоть до открытия американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году так называемого «красного смещения».

Красное смещение - это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. Обнаруженный ранее эффект Доплера гласил, что при удалении от нас какого-либо источника колебаний, воспринимаемая нами частота колебаний уменьшается, а длина волны соответственно увеличивается. При излучении происходит «покраснение», т. е. линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн.

Так вот, для всех далеких источников света красное смещение было зафиксировано, причем, чем дальше находился источник, тем в большей степени. Красное смещение оказалось пропорционально расстоянию до источника, что и подтверждало гипотезу об удалении их, т.е. о расширении Метагалактики - видимой части Вселенной.

Красное смещение надежно подтверждает теоретический вывод о нестационарности области нашей Вселенной с линейными размерами порядка нескольких миллиардов парсек на протяжении по меньшей мере нескольких миллиардов лет. В то же время кривизна пространства не может быть измерена, оставаясь теоретической гипотезой.

Составной частью модели расширяющейся Вселенной является представление о Большом Взрыве, происшедшем где-то примерно 12 -18 млрд. лет назад. «Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем распространяется, захватывая все больше и больше пространства, а взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы» (Вейнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной.-М., 1981).

Начальное состояние Вселенной (так называемая сингулярная точка): бесконечная плотность массы, бесконечная кривизна пространства и взрывное, замедляющееся со временем расширение при высокой температуре, при которой могла существовать только смесь элементарных частиц (включая фотоны и нейтрино). Горячесть начального состояния подтверждена открытием в 1965 году реликтового излучения фотонов и нейтрино, образовавшихся на ранней стадии расширения Вселенной.

Возникает интересный вопрос: из чего же образовалась Вселенная? Чем было то, из чего она возникла. В Библии утверждается, что Бог создал все из ничего. Зная, что в классической науке сформулированы законы сохранения материи и энергии, религиозные философы спорили о том, что значит библейское «ничего», и некоторые в угоду науке полагали, что под ничем имеется в виду первоначальный материальный хаос, упорядоченный Богом.

Как это ни удивительно, современная наука допускает (именно допускает, но не утверждает), что все могло создаться из ничего. «Ничего» в научной терминологии называется вакуумом. Вакуум, который физика XIX века считала пустотой, по современным научным представлениям является своеобразной формой материи, способной при определенных условиях «рождать» вещественные частицы.

Современная квантовая механика допускает (это не противоречит теории), что вакуум может приходить в «возбужденное состояние», вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него (что подтверждается современными физическими экспериментами) - вещество.

Рождение Вселенной «из ничего» означает с современной научной точки зрения ее самопроизвольное возникновение из вакуума, когда в отсутствии частиц происходит случайная флуктуация. Если число фотонов равно нулю, то напряженность поля не имеет определенного значения (по «принципу неопределенности» Гейзенберга): поле постоянно испытывает флуктуации, хотя среднее (наблюдаемое) значение напряженности равно нулю.

Флуктуация представляет собой появление виртуальных частиц, которые непрерывно рождаются и сразу же уничтожаются, но так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные частицы. Благодаря флуктуациям, вакуум приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах.

Итак, Вселенная могла образоваться из «ничего», т.е. из «возбужденного вакуума». Такая гипотеза, конечно, не является решающим подтверждением существования Бога. Ведь все это могло произойти в соответствии с законами физики естественным путем без вмешательства извне каких-либо идеальных сущностей. И в этом случае научные гипотезы не подтверждают и не опровергают религиозные догмы, которые лежат по ту сторону эмпирически подтверждаемого и опровергаемого естествознания.

На этом удивительное в современной физике не кончается. Отвечая на просьбу журналиста изложить суть теории относительности в одной фразе, Эйнштейн сказал: «Раньше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранились бы; теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время». Перенеся этот вывод на модель расширяющейся Вселенной, можно заключить, что до образования Вселенной не было ни пространства, ни времени.

Отметим, что теория относительности соответствует двум разновидностям модели расширяющейся Вселенной. В первой из них кривизна пространства-времени отрицательна или в пределе равна нулю; в этом варианте все расстояния со временем неограниченно возрастают. Во второй разновидности модели кривизна положительна, пространство конечно, и в этом случае расширение со временем заменяется сжатием. В обоих вариантах теория относительности согласуется с нынешним эмпирически подтвержденным расширением Вселенной.

Досужий ум неизбежно задается вопросами: что же было тогда, когда не было ничего, и что находится за пределами расширения. Первый вопрос, очевидно, противоречив сам по себе, второй выходит за рамки конкретной науки. Астроном может сказать, что как ученый он не вправе отвечать на такие вопросы. Но поскольку они все же возникают, формулируются и возможные обоснования ответов, которые являются не столько научными, сколько натурфилософскими.

Так, проводится различие между терминами «бесконечный» и «безграничный». Примером бесконечности, которая не безгранична, служит поверхность Земли: мы можем идти по ней бесконечно долго, но, тем не менее, она ограничена атмосферой сверху и земной корой снизу. Вселенная также может быть бесконечной, но ограниченной. С другой стороны, известна точка зрения, в соответствии с которой в материальном мире не может быть ничего бесконечного, потому что он развивается в виде конечных систем с петлями обратной связи, которыми эти системы создаются в процессе преобразования среды.

Но оставим эти соображения области натурфилософии, потому что в естествознании в конечном счете критерием истины являются не абстрактные соображения, а эмпирическая проверка гипотез.

Что же было после Большого Взрыва? Образовался сгусток плазмы - состояния, в котором находятся элементарные частицы - нечто среднее между твердым и жидким состоянием, который и начал расширяться все больше и больше под действием взрывной волны. Через 0,01 сек после начала Большого Взрыва во Вселенной появилась смесь легких ядер (2/3 водорода и 1/3 гелия). Как образовались все остальные химические элементы?

Эволюция и строение галактик

Поэт спрашивал: «Послушайте! Ведь, если звезды зажигают - значит - это кому-нибудь нужно?». Мы знаем, что звезды нужны, чтобы светить, и наше Солнце дает необходимую для нашего существования энергию. А зачем нужны галактики? Оказывается и галактики нужны, и Солнце не только обеспечивает нас энергией. Астрономические наблюдения показывают, что из ядер галактик происходит непрерывное истечение водорода. Таким образом, ядра галактик являются фабриками по производству основного строительного материала Вселенной - водорода.

Водород, атом которого состоит из одного протона в ядре и одного электрона на его орбите, является самым простым «кирпичиком», из которого в недрах звезд образуются в процессе атомных реакций более сложные атомы. Причем оказывается, что звезды совершенно не случайно имеют различную величину. Чем больше масса звезды, тем более сложные атомы синтезируются в ее недрах.

Наше Солнце как обычная звезда производит только гелий из водорода (который дают ядра галактик), очень массивные звезды производят углерод - главный «кирпичик» живого вещества. Вот для чего нужны галактики и звезды. А для чего нужна Земля? Она производит все необходимые вещества для существования жизни человека. А для чего существует человек? На этот вопрос не может ответить наука, но она может заставить нас еще раз задуматься над ним.

Если «зажигание» звезд кому-то нужно, то может и человек кому-то нужен? Научные данные помогают нам сформулировать представление о нашем предназначении, о смысле нашей жизни. Обращаться при ответе на эти вопросы к эволюции Вселенной - это значит мыслить космически. Естествознание учит мыслить космически, в то же время, не отрываясь от реальности нашего бытия.

Вопрос об образовании и строении галактик - следующий важный вопрос происхождения Вселенной. Его изучает не только космология как наука о Вселенной - едином целом, но также и космогония (греч. «гонейа» означает рождение) - область науки, в которой изучается происхождение и развитие космических тел и их систем (различают планетную, звездную, галактическую космогонию).

Галактика представляет собой гигантские скопления звезд и их систем, имеющие свой центр (ядро) и различную, не только сферическую, но часто спиралевидную, эллиптическую, сплюснутую или вообще неправильную форму. Галактик - миллиарды, и в каждой из них насчитываются миллиарды звезд.

Наша галактика называется Млечный Путь и состоит из 150 млрд. звезд. Она состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Ее размеры -100 тыс. световых лет. Большая часть звезд нашей галактики сосредоточена в гигантском «диске» толщиной около 1500 световых лет. На расстоянии около 30 тыс. световых лет от центра галактики расположено Солнце.

Ближайшая к нашей галактика (до которой световой луч бежит 2 млн. лет) - «туманность Андромеды». Она названа так потому, что именно в созвездии Андромеды в 1917 году был открыт первый внегалактический объект. Его принадлежность к другой галактике была доказана в 1923 году Э.Хабблом, нашедшим путем спектрального анализа в этом объекте звезды. Позже были обнаружены звезды и в других туманностях.

А в 1963 году были открыты квазары (квазизвездные радиоисточники) - самые мощные источники радиоизлучения во Вселенной со светимостью в сотни раз большей светимости галактик и размерами в десятки раз меньшими их. Было предположено, что квазары представляют собой ядра новых галактик и стало быть процесс образования галактик продолжается и поныне.

Астрономия и космонавтика

Звезды изучает астрономия (от греческого «астрон» - звезда и «номос» - закон) - наука о строении и развитии космических тел и их систем. Эта классическая наука переживает в XX веке свою вторую молодость в связи с бурным развитием техники наблюдений - основного своего метода исследований: телескопов-рефлекторов, приемников излучения (антенн) и т.п. В СССР в 1974 году вступил в действие в Ставропольском крае рефлектор с диаметром зеркала 6 м., собирающий света в миллионы раз больше, чем человеческий глаз.

В астрономии исследуются радиоволны, свет, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское излучения и гамма-лучи. Астрономия делится на небесную механику, радиоастрономию, астрофизику и другие дисциплины.

Особое значение приобретает в настоящее время астрофизика - часть астрономии, изучающая физические и химические явления, происходящие в небесных телах, их системах и в космическом пространстве. В отличие от физики, в основе которой лежит эксперимент, астрофизика основывается главным образом на наблюдениях. Но во многих случаях условия, в которых находится вещество в небесных телах и системах отличается от доступных современным лабораториям (сверхвысокие и сверхнизкие плотности, высокая температура и т.д.). Благодаря этому астрофизические исследования приводят к открытию новых физических закономерностей.

Собственное значение астрофизики определяется тем, что в настоящее время основное внимание в релятивистской космологии переносится на физику Вселенной - состояние вещества и физические процессы, идущие на разных стадиях расширения Вселенной, включая наиболее ранние стадии.

Один из основных методов астрофизики - спектральный анализ. Если пропустить луч белого солнечного света через узкую щель, а затем сквозь стеклянную трехгранную призму, то он распадается на составляющие цвета, и на экране появится радужная цветовая полоска с постепенным переходом от красного к фиолетовому - непрерывный спектр. Красный конец спектра образован лучами, наименее отклоняющимися при прохождении через призму, фиолетовый - наиболее отклоняемыми. Каждому химическому элементу соответствуют вполне определенные спектральные линии, что и позволяет использовать данный метод для изучения веществ.

К сожалению, коротковолновые излучения - ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи - не проходят сквозь атмосферу Земли, и здесь на помощь астрономам приходит наука, которая до недавнего времени рассматривалась как прежде всего техническая - космонавтика (от греческого «наутике» - искусство кораблевождения), обеспечивающая освоение космоса для нужд человечества с использованием летательных аппаратов.

Космонавтика изучает проблемы: теории космических полетов - расчеты траекторий и т.д.; научно-технические - конструирование космических ракет, двигателей, бортовых систем управления, пусковых сооружений, автоматических станций и пилотируемых кораблей, научных приборов, наземных систем управления полетами, служб траекторных измерений, телеметрии, организация и снабжение орбитальных станций и др.; медико-биологические - создание бортовых систем жизнеобеспечения, компенсация неблагоприятных явлений в человеческом организме, связанных с перегрузкой, невесомостью, радиацией и др.

История космонавтики начинается с теоретических расчетов выхода человека в неземное пространство, которые дал К.Э. Циолковский в труде «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (1903 г.). Работы в области ракетной техники начаты в СССР в 1921 году. Первые запуски ракет на жидком топливе осуществлены в США в 1926 году.

Основными вехами в истории космонавтики стали запуск первого искусственного спутника Земли 4 октября 1957 года, первый полет человека в космос 12 апреля 1961 года, лунная экспедиция в 1969 году, создание орбитальных пилотируемых станций на околоземной орбите, запуск космического корабля многоразового использования.

Работы велись параллельно в СССР и США, но в последние годы наметилось объединение усилий в области исследования космического пространства. В 1995 году осуществлен совместный проект «Мир» - «Шаттл», в котором американские корабли «Шаттл» использовались для доставки космонавтов на российскую орбитальную станцию «Мир».

Возможность изучать на орбитальных станциях космическое излучение, которое задерживается атмосферой Земли, способствует существенному прогрессу в области астрофизики.

Список литературы

1. Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. М., 1965.

2. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М., 1989.

3. Краткий миг торжества. М., 1989.