Лекция № 6 КОНЦЕПЦИИ СТРОЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ Космология – наука о Вселенной в целом, ее строении, происхождении и эволюции. Космогония – это наука о происхождении и эволюции различных структурных форм самоорганизации материи во Вселенной: планет, звезд, галактик, скоплений галактик и т.п. Вселенная – это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Метагалактика – часть Вселенной, доступная исследованию астрономическими средствами, соответствующими достигнутому уровню развития науки. Единицы измерения расстояний в мегамире: Астрономическая единица (а.е.) – среднее расстояние от Земли до Солнца (1,5×1011м). Световой год – расстояние, которое проходит свет в течение одного года (9,46×1015м). Парсек (параллакс-секунда) – расстояние, на котором годичный параллакс земной орбиты (т.е. угол, под которым видна большая полуось земной орбиты, расположенная перпендикулярно лучу зрения) равен одной секунде. Это расстояние равно 206265 а.е. = 3,08×1016 м = 3,26 св. г. Пространственные масштабы Вселенной: расстояние до наиболее удалённых из наблюдаемых объектов более 10 млрд. световых лет. Наше Солнце – звезда третьего поколения. Оно образовалось около 5 млрд. лет назад из космического газа и пыли. Масса Солнца составляет примерно 2⋅1030 кг, его радиус – около 7⋅108 м. Температура в центре Солнца около 107 К, однако его поверхность заметно холоднее – примерно 6⋅103 К. Линейная скорость вращения на экваторе примерно 2 км/с. Солнце расположено от центра Нашей Галактики Млечный Путь на расстоянии 28000 св. лет и вращается вокруг ее ядра со скоростью примерно 250 км/с. Солнце состоит в основном из водорода и гелия. Строение Солнца: ядро, зона излучения, зона конвекции, фотосфера, хромосфера, солнечная корона. Проявление Солнечной активности: пятна, вспышки, факелы, протуберанцы. Строение Солнечной системы. Вокруг Солнца вращаются 8 планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс (земная группа); Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (планеты-гиганты). В Солнечной системе есть также большое число малых тел – астероидов, комет, метеоритов и метеоров. С 2006 г. Плутон (когда-то девятую планету) стали считать малым телом Солнечной системы. Планеты земной группы сравнительно невелики, медленно вращаются вокруг своих осей, у них мало спутников (у Меркурия и Венеры нет). У Меркурия атмосферы практически нет, очень плотная атмосфера Венеры состоит, в основном, из СО2. Земля имеет плотную азотно-кислородную атмосферу. Сильноразреженная атмосфера Марса состоит в основном из CО2. Поверхность планет Земной группы твердая, гористая. Планеты-гиганты. Это большие газо-жидкие планеты. Эти планеты быстро совершают один оборот вокруг своей оси (9-18 часов). Гиганты и их атмосферы состоят из легких элементов: водорода и гелия. Уран и Нептун содержат в себе метан, аммиак, воду и другие не слишком тяжелые соединения. В центре гигантов есть небольшое твердое ядро, возможно, состоящее из водорода, обладающего металлическими свойствами. Планетыгиганты окружены естественными спутниками (в количестве от 8 до 18). Гипотезы происхождения Солнечной системы: Объединенная гипотеза И.Канта (1755 г.) и П.С.Лапласа (1796 г.): Солнечная система возникла из газопылевой туманности, которая находилась в состоянии вращения. От туманности вследствие центробежных сил отделялись кольца, из которых впоследствии образовались планеты. Д.Х.Джинс (1917 г.): образование планет связано с близким прохождением около Солнца другой звезды. За счет приливных сил из Солнца была выброшена струя газа, из которого впоследствии и сформировались планеты. О.Ю.Шмидт (1943 г.): Солнце могло захватить из Галактики материю другого газопылевого облака, и из этого материала создавались планеты. Звезда – это пространственно обособленная, гравитационно связанная, непрозрачная для излучения масса вещества, в которой естественным образом происходили, происходят или с необходимостью будут происходить реакции термоядерного синтеза. Основными характеристиками звезд являются: масса, радиус, абсолютная величина, характеризующая ее светимость, температура, спектральный класс. Спектральный класс звезды, или ее цвет, характеризует и ее температуру. Так, звезды красного цвета имеют температуру поверхности около 4000 К, желтого цвета (как наше Солнце) – 6000 К, а горячие звезды с температурами больше 10000 К видятся нам белыми и голубыми. Эволюция звезд. Возникновение газо-пылевого облака (глобулы) в местах высокой плотности вещества, протозвезда, настоящая звезда Главной последовательности, красный гигант. Этапы эволюции звезд при разных массах: белый карлик, черный карлик; сверхновая звезда, нейтронная звезда; черная дыра. Галактики – системы из миллиардов звёзд, связанных взаимным тяготением и общим происхождением. Наша Галактика – Млечный Путь состоит из более 150 млрд. звёзд, диаметр ее около 100 тыс. световых лет. Она имеет форму диска с утолщением в центре, рукава Галактики имеют спиральную форму. Самые многочисленные звезды в нашей Галактике — это карлики (массой примерно в 10 раз меньше массы Солнца). Межзвездное пространство заполнено полями (электромагнитным и гравитационным) и разреженным межзвездным газом. По внешнему виду все галактики делятся на эллиптические, спиральные и неправильные. В 1963 г. во Вселенной были открыты квазары – звездоподобные источники излучения с широким диапазоном длин волн от рентгеновских лучей до радиоволн и световых лучей. Это – весьма удаленные от нас объекты Вселенной, расстояние до них порядка 1025-1026 м. К настоящему времени их насчитывается более тысячи. По современным представлениям квазары – это активные ядра далеких галактик. Эволюция галактик. Вначале Галактика представляла собой медленно вращающееся гигантское газовое облако, которое под действием собственной гравитации сжималось. В ходе этого сжатия рождались первые звезды, и происходило постепенное разделение звездной и газовой составляющих Галактики. Выделяющаяся при сжатии энергия гравитации переходила в кинетическую энергию движения звезд и газа. В итоге кинетическая энергия звезд достигла значения, при котором дальнейшее сжатие поперек оси вращения стало невозможным. Подсистема самых старых звезд, возникших в начале коллапса протогалактики, сохранила первоначальную сферическую форму. Сжатие газа вдоль оси вращения продолжалось, что привело к формированию тонкого газового диска. Впоследствии формирующиеся в нем звезды образовали вращающуюся дисковую спиральную подсистему. В результате продолжающейся гравитационной конденсации в Галактике происходит непрерывное образование звезд из межзвездного газа. Разбегание галактик. В 1929 г. американский астроном Хаббл обнаружил, что линии в спектрах многих галактик смещены к красному концу спектра, следовательно, расстояние между Нашей Галактикой и другими увеличивается. Расширение Метагалактики говорит о том, что Вселенная нестационарна, она изменяется, эволюционирует, что еще раз подтверждает всеобщий, универсальный характер принципа эволюции. Модели строения Вселенной. Космологические представления Аристотеля: шарообразная неоднородная Вселенная. Геоцентрическая система мира Птолемея. Гелиоцентрическая система мира Коперника. И.Ньютон: Вселенная безграничная, бесконечная, однородная и неизменная. А.Эйнштейн: Вселенная однородна, изотропна и равномерно заполнена материей, преимущественно в форме вещества. А.А.Фридман: Вселенная нестационарна. Наблюдательное подтверждение нестационарности Вселенной: красное смещение в спектрах галактик, возникающее благодаря эффекту Доплера при их удалении от наблюдателя (разбегание галактик). Модель большого взрыва Г.Гамова. Возраст Вселенной – 15-12 млрд. лет. По непонятным науке причинам Вселенная внезапно возникла в очень малом, практически точечном объеме чудовищной плотности и температуры (сингулярности) и стала стремительно расширяться. Различные эпохи нашей Вселенной: рождение пространства-времени, стадия инфляции, рождение вещества, рождение избытка барионов, электрослабый фазовый переход, кварки и глюоны – рождение протонов и нейтронов, первичный нуклеосинтез, доминирование темной материи, рекомбинация водорода, образование крупномасштабной структуры Вселенной. Основные наблюдательные тесты теории: распространенность легких элементов в космосе; красное смещения спектров удаленных галактик, открытие и исследование крупномасштабной структуры Вселенной; гравитационные линзы; реликтовое электромагнитное излучение, которое по интенсивности соответствует тепловому температуре около 3 К. излучению абсолютно черного тела при