РЕФЕРАТ
Походження Всесвіту
Зміст
Введення......................................................................................................... 3
Утворення Всесвіту....................................................................................... 5
Будова Галактики. Види Галактик............................................................. 7
Будова Землі................................................................................................. 15
Висновок...................................................................................................... 21
Введення
Всесвіт – це весь існуючий матеріальний світ, безмежний в часі і просторі і нескінченно різноманітний по формах, які приймає матерія в процесі свого розвитку. Частина Всесвіту, охоплена астрономічними наглядами, називається Метагалактикою, або нашим Всесвітом. Розміри метагалактики дуже великі: радіус космологічного горизонту складає 15-20 млрд. світлових років.
Космологія – один з тих розділів природознавства, які завжди знаходяться на стику наук. Будова і еволюція Всесвіту вивчаються космологією. Космологія використовує досягнення і методи фізики, математики, філософії. Предмет космології – весь оточуючий нас мегасвіт, весь "великий Всесвіт", і задача полягає в описі самих загальних властивостей, будови і еволюції вселеної.
Сучасна астрономія не тільки відкрила грандіозний мир галактик, але і знайшла унікальні явища: розширення Метагалактики, космічну поширеність хімічних елементів, реліктове випромінювання, що свідчать про те, що Всесвіт безперервно розвивається.
З еволюцією структури Всесвіту пов'язано виникнення скупчень галактик, відособлення і формування зірок і галактик, утворення планет і їх супутників. Сам Всесвіт виник приблизно 20 млрд. років тому з якогось щільної і гарячої проторечовини. Існує точка зору, що з самого початку проторечовина з гігантською швидкістю почало розширюватися. На початковій стадії ця щільна речовина розліталася на всіх напрямках і була однорідною вируючою сумішшю нестійких, постійно розпадаються при зіткненні частинок. Остигаючи і взаємодіючи протягом мільйонів років, вся ця маса розсіяної в просторі речовини концентрувалася у великі і малі газові утворення, які протягом сотень мільйонів років, зближуючись і зливаючись, перетворювалися на величезні комплекси. В цих комплексах, у свою чергу виникали більш щільні ділянки – там згодом і утворилися зірки і навіть цілі галактики.
В результаті гравітаційної нестабільності в різних зонах галактик, що утворилися, можуть сформуватися щільні "протозоряні утворення" з масами, близькими до маси Сонця. Процес стиснення, що почався, швидшатиме під впливом власного поля тяжіння. Процес цей супроводжує вільне падіння частинок хмари до його центру – відбувається гравітаційне стиснення. В центрі хмари утворюється ущільнення, що складається з молекулярного водню і гелію. Зростання густини і температури в центрі приводить до розпаду молекул на атоми, іонізації атомів і утворення щільного ядра протозірки.
Існує гіпотеза про циклічність стану Всесвіту. Колись виникнувши з надщільного згустка матерії, Всесвіт, можливо, вже в першому циклі породив усередині себе мільярди зоряних систем і планет. Н потім Всесвіт починає прагнути того стану, з якого починалася історія циклу. Врешті-решт речовина Всесвіту повертається в первинний надщільний стан, знищивши все життя, що трапилася на шляху. І так повторюється кожного разу, в кожному циклі протягом вічності.
До початку 30-х років ХХ в. склалася думка, що головні складові Всесвіту - галактики, кожна з яких в середньому складається з 100 млрд. зірок. Сонце разом з планетною системою входить в нашу Галактику, основну масу зірок якої ми спостерігаємо у формі Чумацького Шляху. Окрім зірок і планет, Галактика містить значну кількість розріджених газів і космічного пилу.
Утворення Всесвіту
Кінцевий або нескінченний Всесвіт, яка у неї геометрія – ці і багато інші питання пов'язані з еволюцією Вселеної, зокрема із спостережуваним розширенням. Якщо швидкість "розльоту" галактик збільшиться на 75 км/с на кожний мільйон парсек, то екстраполяція до минулого приводить до дивного результату: приблизно 10-20 млрд. років тому весь Всесвіт був зосереджений в дуже маленькій області. Багато учених вважають, що у той час густина Всесвіту була така ж, як у атомного ядра: Всесвіт був однією гігантською "ядерною краплею". З якихось причин ця "крапля" прийшла в нестійкий стан і вибухнула. Наслідки цього вибуху ми спостерігаємо зараз як системи галактик.
При даній оцінці часу утворення Всесвіту передбачалося, що спостережувана нами зараз картина розльоту галактик відбувалася з однаковою швидкістю і в скільки завгодно далекому минулому. А саме на такому припущенні і заснована гіпотеза первинного Всесвіту – гігантської "ядерної краплі", що прийшла в стан нестійкості.
В даний час космологи припускають, що Всесвіт не розширявся "від крапки до крапки", а як би пульсує між кінцевими межами густини. Це означає, що у минулому швидкість розльоту галактик була менше ніж зараз, а ще раніше система галактик стискалася, тобто Галактики наближалися один до одного з тим більшою швидкістю, ніж більша відстань їх розділяла. Сучасна космологія розташовує ряд аргументів на користь картини "пульсуючого Всесвіту". Такі аргументи носять чисто математичний характер; найголовніший з них – необхідність обліку реально існуючої неоднорідності Вселеної. Вирішити питання, яка з двох гіпотез справедлива, ми зараз не можемо. Буде потрібно величезна робота, щоб вирішити цю одну з найважливіших проблем космології.
Сучасна космологія виникла на початку ХХ в. після створення релятивістської теорії тяжіння. Перша релятивістська модель, заснована на новій теорії тяжіння і претендуюча на опис всього Всесвіту, була побудована А. Эйнштейном в 1917 р. Проте вона описувала статичний Всесвіт і, як показали астрофізичні нагляди, виявилося невірною.
В 1922-1924 рр. радянським математиком А.А. Фридманом були запропоновані загальні рівняння для опису всього Всесвіту, змінного з часом. Зоряні системи не можуть знаходитися в середньому на незмінних відстанях один від одного. Вони повинні або віддалятися, або зближуватися. Такий результат – неминуче слідство наявності сил тяжіння, які очолюють в космічних масштабах. Висновок Фрідмана означав, що Всесвіт повинен або розширюватися, або стискатися. Звідси слідував перегляд загальних уявлень про Всесвіт. В 1929 р. американський астроном Э. Хаббл (1889-1953) за допомогою астрофізичних наглядів відкрив розширення Всесвіту, підтверджуюче правильність висновків Фрідмана.
Моделі Фрідмана служать основою всього подальшого розвитку космології. Вони описують механічну картину руху величезних мас Всесвіту і її глобальну структуру. Якщо колишні космологічні побудови покликані описувати спостережувану тепер структуру Всесвіту з незмінним в середньому рухом світів в ній, то моделі Фрідмана за своєю суттю були еволюційними, зв'язували сьогоднішній стан Всесвіту з її попередньою історією. З цієї теорії виходить, що у далекому минулому Вселена не була зовсім схожа на спостережувану нами сьогодні. Тоді не було ні окремих небесних тіл, ні їх систем, вся речовина була майже однорідною, дуже щільною, швидко розширялося. Тільки значно пізніше з такої речовини виникли галактики і їх скупчення.
Починаючи з кінцем 40-х років нашого століття, вся більша увага в космології привертає фізика процесів на різних етапах космологічного розширення. У висунутій в цей час Г.А. Гамовим теорії гарячого Всесвіту розглядалися ядерні реакції, що протікали на самому початку розширення Всесвіту в дуже щільній речовині. При цьому передбачалося, що температура речовини була велика і падала з розширенням Всесвіту. Теорія передбачала, що речовина, з якої формувалися перші зірки і галактики, повинна складатися в основному з водню (75%) і гелію (25%), домішка інших хімічних елементів незначна. Інший висновок теорії – в сьогоднішньому Всесвіті повинне існувати слабке електромагнітне випромінювання, що залишилося від епохи великої густини і температури речовини. Таке випромінювання в ході розширення Всесвіту було названо реліктовим випромінюванням.
Тоді ж з'явилися принципово нові наглядові можливості в космології: виникла радіоастрономія, розширилися можливості оптичної астрономії. Зараз Всесвіт аж до відстаней в декілька парсек досліджується різними методами.
На сучасному етапі в розвитку космології інтенсивно досліджується проблема початку космологічного розширення, коли густина матерії і енергії частинок була величезною. Керівними ідеями є нові відкриття у фізиці взаємодії елементарних частинок при дуже великих енергіях. При цьому розглядається глобальна еволюція Всесвіту. Сьогодні еволюція Всесвіту всесторонньо обгрунтовується численними астрофізичними наглядами, які спираються на теоретичний базис всієї фізики.
Будова Галактики. Види Галактик
Навколишні Сонце зірки і саме Сонце складають малу частину гігантського скупчення зірок і туманностей, яку називають Галактикою. Галактика має досить складну структуру. Істотна частина зірок в Галактиці знаходиться в гігантському диску діаметром приблизно 100 тис. і завтовшки близько 1500 світлових років. В цьому диску налічується більше сотні мільярдів зірок самих різних видів. Наше Сонце – одна з таких зірок, що знаходяться на периферії Галактики поблизу її екваторіальної площини.
Зірки і туманності в межах Галактики рухаються досить складним чином: вони беруть участь в обертанні Галактики навкруги осі, перпендикулярної її екваторіальної площини. Різні ділянки Галактики мають різні періоди обертання.
Зірки видалені один від одного на величезні відстані і практично ізольовані один від одного. Вони практично не стикаються, хоча рух кожної з них визначається полем сили тяжіння, створюваним всіма зірками Галактики.
Астрономи останні декілька десятиріч вивчають інші зоряні системи, схожі з нашою. Це дуже важливі дослідження в астрономії. За цей час позагалактична астрономія добилася вражаючих успіхів.
Число зірок в Галактиці близько трильйона. Найчисленніші з них – карлики з масами, приблизно в 10 разів меншими маси Сонця. До складу Галактики входять подвійні і кратні зірки, а також групи зірок, зв'язаних силами тяжіння і що рухаються в просторі як єдине ціле, - зоряні скупчення. Існують розсіяні зоряні скупчення, наприклад Плеяди в сузір'ї Тельця. Такі скупчення не мають правильної форми; в даний час їх відома більше тисячі.
Спостерігаються кульові зоряні скупчення. Якщо в розсіяних скупченнях містяться сотні або тисячі зірок, то в кульових їх сотні тисяч. Сили тяжіння утримують зірки в таких скупченнях мільярди років.
В різних сузір'ях виявляються туманні плями, які складаються в основному з газу і пилу, - це туманності. Вони бувають неправильними, клочковатої форми – дифузні, і правильної форми, що нагадують по вигляду планети, - планетарні.
Існують ще світлі дифузні туманності, наприклад Крабовидна туманність, названа за незвичайну сітку з ажурних газових волокон. Це джерело не тільки оптичного випромінювання, але і радіовипромінювання, рентгенівського і гамма-квантів. В центрі Крабовидної туманності знаходиться джерело імпульсного електромагнітного випромінювання – пульсар, у якого вперше були знайдені разом з пульсаціями радіовипромінювання оптичні пульсації блиску і пульсації рентгенівського випромінювання. Пульсар, що володіє могутнім змінним магнітним полем, прискорює електрони і викликає свічення туманності в різних ділянках спектру електромагнітних хвиль.
Простір в Галактиці заповнений скрізь – розрідженим міжзоряним газом і міжзоряним пилом. В міжзоряному просторі існують і різні поля – гравітаційне і магнітне. Пронизує міжзоряний простір космічне проміння, що є потоками електрично заряджених частинок, які при русі в магнітних полях розігналися до швидкостей, близьких до швидкості світла, і придбали величезну енергію.
Галактику можна представити у вигляді диска з ядром в центрі і величезними спіральними гілками, що містять в основному найгарячіші і яскраві зірки і масивні газові хмари. Диск із спіральними гілками утворює основу плоскої підсистеми Галактики. А об'єкти, що концентруються до ядра Галактики і лише частково проникаючі в диск, відносяться до сферичної підсистеми. Сама Галактика обертається навкруги своєї центральної області. В центрі Галактики зосереджена лише невелика частина зірок. Сонце знаходиться на такій відстані від центру Галактики, де лінійна швидкість зірок максимальна. Сонце і найближчі до нього зірки рухаються навкруги центру Галактики із швидкістю 250 км/с, скоюючи повний оборот приблизно за 290 млн. років.
За зовнішнім виглядом галактики умовно розділяються на три типи: еліптичні, спіральні і неправильні.
Просторова форма еліптичних галактик – еліпсоїди з різним ступенем стиснення. Серед них зустрічаються гігантські і карликові. Майже четверть всіх вивчених галактик відноситься до еліптичних. Це найпростіші по структурі галактики – розподіл зірок в них рівномірно убуває від центру, пилу і газу майже немає. В них найяскравіші зірки – червоні гіганти.
Спіральні галактики – найчисленніший вигляд. До нього відноситься наша Галактика і Туманність Андромеди, видалена від нас приблизно на 2,5 млн. світлових років.
неправильні галактики не мають центральних ядер, в їх будові поки не знайдені закономірності. Це Велике і Мале Магелланови хмари, що є супутниками нашої Галактики. Вони знаходяться від нас на відстані в півтора разу більшому діаметра Галактики. Магелланови хмари значно менше нашої Галактики по масі і розмірам.
Існують і взаємодіючі галактики. Вони звичайно знаходяться на невеликих відстанях один від одного, зв'язані "мостами" з матерії, що світиться, іноді як би пронизують одна іншу.
Деякі галактики володіють виключно могутнім радіовипромінюванням, що перевершує видиме випромінювання. Це радіогалактики.
В 1963 р. почалися відкриття зіроподібних джерел радіовипромінювання – квазарів. Зараз їх відкрито більше тисячі.
Земля – планета Сонячної системи.
Сонячна система є групою небесних тіл, вельми різних за розмірами і фізичною будовою. До цієї групи входять: Сонце, дев'ять великих планет, десятки супутників планет, тисячі малих планет (астероїдів), сотні комети незліченна безліч метеоритних тіл, що рухаються як роями, так і виді окремих частинок. Всі ці тіла з'єднані в одну систему завдяки силі тяжіння центрального тіла – Сонця.
Сонячна система – ця дуже складна природна освіта, поєднуюча різноманітність становлячих її елементів з найвищою стійкістю системи як цілого.
По образному вислову До Е. Ціолковського, Земля – це колиска людства.
В певному плані Земля виділена самою природою: в Сонячній системі тільки на цій планеті існують розвинені форми життя, тільки на ній локальне впорядкування речовини досягло надзвичайно високого ступеня, продовжуючи загальну лінію розвитку матерії. Саме на Землі пройдений найскладніший етап самоорганізації, що знаменує глибокий якісний стрибок до вищих форм впорядкованості.
Відмінність планет земної групи від планет-гігантів очевидні. Але і серед найближчих сусідів Землі немає двох однакових планет: всі вони розрізняються розмірами, физико-хімічними параметрами, будовою надр і поверхонь, атмосферами і іншими характеристиками. Основними відмінності визначені початковими умовами формування планет – хімічним складом, густиною речовини в тих частинах протопланетного хмари, де ці планети формувалися, відстанню від Сонця, резонансними взаємодіями з іншими планетними тілами і Сонцем.
Прямі дослідження інших ближніх планет тільки початі. Проте, наявні відомості вже дозволяють проводити порівняльне вивчення зовнішніх оболонок Землі і інших планет Сонячної системи. На цій основі виник новий науковий напрям, названий порівняльною планетологією.
Земля – найбільша планета в своїй групі. Але навіть такі розміри і маса виявляються мінімальними, при яких планета здатна утримувати свою газову атмосферу. Земля інтенсивно втрачає водень і деякі інші легкі гази, що підтверджують нагляди за так званим шлейфом Землі. Венера майже рівна за розмірами і масою Землі, але вона ближче до Сонця і одержує від нього більше тепла. Тому вона давно втратила весь вільний водень. У решти двох планет цієї групи атмосфера або відсутня (Меркурій), або збереглася в дуже розрядженому стані (Марс).
Найближчі до Сонця планети – Меркурій і Венера – дуже поволі обертаються навкруги осі, з періодом в десятки-сотні земних діб. Повільне обертання цих планет, пов'язано з їх резонансними взаємодіями з Сонцем і один з одним. Земля і марс обертаються майже з однаковими періодами близько 24 ч. Земля і Венера також утворюють резонансну структуру. В цій групі планет тільки Венера має зворотне обертання (протилежне напряму обертання Сонця навкруги своєї осі), вона як би перекинута "вверх ногами" на своїй орбіті. Нарешті, тільки Земля в своїй групі має сильне власне магнітне поле, більш ніж на два порядки величини перевершуюче значення магнітних полів у інших планет.
Жодна з планет земної групи не має розвиненої системи супутників, що характерне для планет групи Юпітера. Планетоподобний супутник Землі – Місяць – близький за розмірами до планети Меркурій. Два супутники марса – Фобос і Деймос – мають неправильну форму, нагадуючи невеликі астероїди. Дотепер, як про походження Місяця, так і про походження супутників марса немає ясного уявлення.
Три з чотирьох планет земної групи володіють помітною атмосферою. Атмосфера кожної планети несе відбиток особливостей її розвитку. Атмосфера Землі кардинально відрізняється від атмосфер інших планет: в ній низький зміст вуглекислого газу, високий зміст молекулярного кисню і відносно великий зміст пари води. Дві причини створюють виділенність атмосфери Землі: вода океанів і морів добре поглинає вуглекислий газ, а біосфера насищає атмосферу молекулярним киснем, що утворюється в процесі рослинного фотосинтезу. Розрахунки показують, що якщо звільнити всю поглинену і зв'язану в океанах вуглекислоту, прибравши одночасно з атмосфери весь накопичений в результаті життєдіяльності рослин кисень, то склад земної атмосфери в своїх основних рисах став би подібний складу атмосфер Венери і марса.
Відносно малі розміри марса не дозволили йому утримати щільну атмосферу. Можливо, що раніше, коли йшли процеси активного виділення газів з надр планети, атмосфера марса була набагато щільніше, ніж тепер. Умови у його поверхні були більш м'які, без таких різких перепадів денних і нічних температур. В марсіанській атмосфері дуже мало пари води, відповідно відсутня хмарність. Але рухи розрідженої атмосфери часом досягають такої сили, що в загальнопланетному масштабі виникають могутні пилові бурі, що піднімають маси піску на висоту багатьох кілометрів. Тоді поверхня планети надовго ховається за непроникною завісою.
В атмосфері Землі насичені водяні пари створюють хмарний шар, що охоплює значну частину планети.
28-04-2015, 23:38