Главная > Физика > Физика для средних специальных учебных заведений
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Раздел VI. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО АСТРОНОМИИ

Глава 40. СТРОЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ

§ 40.1. Вселенная.

Изучение физических явлений, процессов и закономерностей на Земле тесно связано с изучением внеземных, астрономических объектов. Достаточно напомнить, что открытие закона всемирного тяготения, спектров излучения и поглощения и многих других закономерностей природы было осуществлено благодаря астрономическим наблюдениям. И наоборот, успехи «земной» физики и химии позволили подойти к пониманию того, что происходит в необозримом пространстве на огромных расстояниях от нашей планеты.

Весь безграничный мир, представляющий собою все разнообразие форм существования материи, называют Вселенной. Учение о той части Вселенной, которую охватывают современные астрономические наблюдения, называют космологией (от греч. «космос» — Вселенная и «логос» — слово, учение).

Происхождение и развитие небесных тел — планет, звезд и галактик — изучает космогония (от греч. «космос» и «го-ниа» — рождение), которая опирается на успехи физики, химии, геологии и других наук.

В предыдущих разделах курса уже были рассмотрены некоторые вопросы, связанные с природой и методами исследования отдельных небесных тел. Теперь ознакомимся с современными представлениями о строении Вселенной.

Мы живем на одной из планет, обращающихся вокруг Солнца под действием его притяжения (рис. 40.1). Кроме Земли и планет, сходных с ней (Меркурий, Венера и Марс), имеются планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), а также мало изученная планета Плутон. Перечисленные девять планет, основные сведения о которых приведены в табл. 40.1, называют большими планетами. Кроме них в настоящее время известно примерно 2000 малых, планет (астероидов), поперечник которых много меньше, чем у больших планет (диаметр самых малых — порядка 1 км). Тела еще меньших размеров уже нельзя видеть в телескоп, и мы узнаем об их существовании лишь тогда, когда они, встретившись на пути нашей Земли, падают на ее поверхность в виде метеоритов. Эти тела, состоящие из железа и силикатов, так же как и астероиды, движутся в Солнечной системе в основном между орбитами Марса и Юпитера.

Рис. 40.1.

Малыми телами Солнечной системы считаются также многочисленные кометы. Орбита одной из них показана на рис. 40.1, где масштаб дан в астрономических единицах (1 а. е. ). Небольшая их часть все время находится внутри орбит планет, имея периоды обращения вокруг Солнца от нескольких лет до нескольких десятков лет. Большинство же комет движется за пределами

Таблица 40.1. (см. скан) Солнечная система

планетных орбит; но иногда, обращаясь по очень вытянутым эллиптическим орбитам, кометы приближаются к Солнцу. Тогда их ядро, состоящее из замерзших газов (метана, аммиака) и льда с вмороженными в них тугоплавкими частицами, выделяет эти газы. Они, вместе с освободившимися пылевыми частицами образуют голову и хвост кометы, который тянется на десятки миллионов километров. Несмотря на огромные его размеры, плотность вещества в хвосте ничтожно мала (следует отметить, что общая масса кометы не превышает миллиардных долей массы Земли). Светятся кометы за счет флуоресценции (§ 35.17) газа, возникающей под действием солнечного излучения, и отражения солнечного света пылью.

Сосредоточенное в планетах твердое вещество, холодные газы, образующие их атмосферы и хвосты комет, вместе с мелкими телами и космической пылью составляет по массе всего 1/750 долю в Солнечной системе. Основная часть массы Солнечной системы сосредоточена в ее центральном теле — Солнце.

В современную эпоху подавляющая часть вещества во Вселенной существует, подобно Солнцу, в виде сгустков горячей плазмы, представляющих собою звезды. Звезды расположены на очень больших расстояниях друг от друга. Так, ближайшая к Солнцу звезда находится от него на расстоянии в 270 000 раз большем, чем Земля, т. е. расстояние между звездами в окрестностях Солнца примерно в 10 млн. раз больше их собственных размеров.

Вместе с другими звездами Солнце входит в состав огромного звездного «острова» — Галактики. Галактика — это скопление примерно 150 млрд. звезд и межзвездного вещества. Нашу Галактику мы наблюдаем на небе в виде светлой полосы, пересекающей все небо (ее назвали «Млечный Путь»). В звездах сосредоточено около 98% массы Галактики, а на межзвездное вещество (газ вместе с пылью) приходится всего около 2%, причем соотношение газа и пыли составляет примерно 100: 1. Средняя концентрация межзвездного вещества — около 1 частицы на 1 см3, но иногда межзвездное вещество встречается в виде более плотных облаков.

Диаметр Галактики составляет около 30 тыс. парсек (пк) (§ 1.7), а толщина диска, в котором сосредоточено большинство звезд, приблизительно равна 460 пк. Схема строения Галактики представлена на рис. 40.2, стрелкой отмечено положение Солнца.

Звезды различных типов и другие объекты по-разному распределены в Галактике. Так, особенно горячие и массивные звезды, а также газовые туманности концентрируются вблизи плоскости, проходящей через центр Галактики (плоская система). Вблизи этой плоскости находится и Солнце. Млечный Путь наблюдается именно как следствие такой концентрации. Другие типы звезд и шаровые звездные скопления встречаются по всей Галактике, но большая часть этих объектов расположена вблизи ее центра (сферическая система). Эти и другие случаи распределения звезд связаны, как будет показано далее, с различным возрастом звезд.

Звезды и другие объекты в плоскости Млечного Пути (рис. 40.2, б) образуют спиральные ветви, расходящиеся от центра Галактики. Эти спиральные ветви хорошо прослеживаются не столько по звездам, сколько по межзвездному газу, распределение которого изучают с помощью радиоастрономических методов.

Рис. 40.2. (см. скан)

Все объекты, составляющие Галактику, вращаются вокруг оси, проходящей через ее центр, и удерживаются полем тяготения. Наше Солнце затрачивает на один оборот около 200 млн. лет.

Другая, сходная с нашей, галактика удалена на расстояние около 0,55 млн. пк (которое примерно в 20 раз превышает размеры Галактики). Это галактика Андромеды (рис. 40.3), видимая даже невооруженным глазом. В настоящее время можно изучать галактики, расположенные на расстояниях в несколько миллиардов световых лет. На фотографиях, полученных с помощью самых мощных телескопов, запечатлено сотни миллионов галактик.

Рис. 40.3.

Изучая далекие галактики, мы заглядываем в прошлое Вселенной, поскольку свет, дошедший до нас теперь, излучен ими несколько миллиардов лет назад. Далекие галактики даже в самые мощные телескопы видны как маленькие светлые пятнышки, а их спектры в большинстве случаев являются спектрами поглощения, характерными для звезд, входящих в их состав.

У всех галактик (за исключением ближайших к нам) линии поглощения в спектре смещены в его длинноволновую часть (§ 34.14). Величина этого «красного смещения» прямо пропорциональна расстоянию до галактики, Это означает, что галактики удаляются друг от друга со скоростью, которая возрастает с увеличением

расстояния между ними. Причины этого «разбегания» всей системы галактик будут рассмотрены в § 40.3. «Красное смещение» свидетельствует о том, что Вселенную нельзя рассматривать как застывшую и неизменную. В ней постоянно происходят процессы развития отдельных небесных тел и всей Вселенной в целом.

Галактики неравномерно распределены в пространстве. Так же как и звезды, они образуют отдельные группы и скопления. Например, наша Галактика вместе с окрестными галактиками образует местную систему — группу, которая состоит примерно из 20 объектов. В свою очередь эта группа входит в состав большого скопления, насчитывающего несколько тысяч галактик. Разница между скоплениями звезд и скоплениями галактик состоит в том, что расстояния между галактиками всего лишь в несколько раз больше, чем их собственные размеры. Так что с переходом ко все более крупным пространственным масштабам во Вселенной можно говорить о равномерном распределении в ней вещества.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление