СОВРЕМЕННЫЕ КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ

Строение и эволюция звезд, планет и галактики

Все небесные тела можно разделить на испускающие энергию – звезды, и не испускающие – планеты, кометы, метеориты, космическую пыль.Звезды – это фабрики по производству химических элементов и источники света и жизни. На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном состоянии. 97% вещества в нашей Галактике сосредоточенно в звездах.

Галактика представляет собой гигантское скопление звезд и их систем, имеющие свой центр (ядро) и различную, не только сферическую, но часто спиралевидную, эллиптическую или вообще неправильную форму. Наша Галактика называется Млечным Путем и состоит из 120 млрд. звезд. Она состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Её размеры – 100 тыс. световых лет. Большая часть звезд нашей галактики сосредоточена в гигантском «диске» толщиной около 1500 световых лет. На расстоянии около 30 тысяч световых лет от центра галактики расположено Солнце.

Долгое время Галактикой ограничивалась известная часть Вселенной, но затем выяснилось, что так называемые внегалактические туманности представляют собой не что иное, как другие галактики, образующие в совокупности сверхсистему, называемую метагалактикой. Системы более высоких порядков пока нам неизвестны, и поэтому в литературе термины «метагалактика» и «Вселенная» часто употребляются как равнозначные. Метагалактика, или система галактик, включает в себя все известные космические объекты.

По радиоастрономическим наблюдениям сделано заключение, что, наша Галактика имеет четыре спиральные ветви. Ближайшей галактической системой является туманность Андромеды,находящаяся от нас на расстоянии 2,5 млн. световых лет. Нашу Галактику и туманность Андромеды можно причислить к самым большим из известных в настоящее время галактик. Галактики содержат разреженный газ и космическую пыль, но главные объекты галактик - это звезды.

Мир звезд необыкновенно разнообразен. И хотя все звезды – раскалённые шары, подобные Солнцу, в глубинах которых вырабатывается ядерная энергия, их физические характеристики различаются весьма существенно. Есть, например, звезды гиганты и сверхгиганты. По своим размерам они значительно превосходят Солнце. Объем одной из звезд в созвездии Цефея больше объема Солнца в 14 млрд раз. Кроме звезд – гигантов существуют и звезды – карлики,значительно уступающие по своим размерам Солнцу. Известны карлики, которые меньше Земли и даже Луны. Вещество их отличается чрезвычайно высокой плотностью. Самой большой плотностью обладают нейтронные звезды. Поперечник такой звезды, состоящей главным образом из ядерных частиц – нейтронов, составляет всего около 20-30 км, а средняя плотность вещества достигает 100 млн т/см³. По существу нейтронная звезда – это громадное атомное ядро. Нейтронные звезды быстро вращаются, и радиолуч каждой вращающейся звезды регистрируется радиотелескопом как импульс радиоизлучения. В этой связи нейтронные звезды подобного типа называются пульсарами.

Звезды обладают различными поверхностными температурами, соответственно меняется и цвет звезд. Сравнительно «холодные» звезды – с температурой около 3-4 тыс. градусов – красного цвета. Наше Солнце, поверхность которого «нагрета» до 6 тыс. градусов, имеет желто-зеленый цвет. Самые горячие звезды, с температурой, превосходящей 12 тыс. градусов, - белые и голубоватые.

Во Вселенной наблюдаются вспышки новых и сверхновых звезд. Такие звезды в некоторый момент времени в результате бурных физических процессов неожиданно увеличиваются в объеме, «раздуваются», сбрасывают свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выделяют чудовищное количество энергии – в миллиарды раз больше, чем выделяет Солнце. Затем, исчерпав свои ресурсы, они постепенно тускнеют, превращаясь в газовую туманность.

Звезды, составляющие Галактику, движутся вокруг её центра, по очень сложным орбитам. С огромной скоростью – около 250 км/с – движется в мировом пространстве и наше Солнце, увлекая за собой свои планеты. Солнечная система совершает один полный оборот вокруг галактического центра за 180 млн лет. Ближайшие к Солнцу звезды – a-Центавра и Сириус. Возраст солнечной системы около 5 млрд лет.

К интересным небесным телам, которым часто приписывались сверхъестественные значения, относятся кометы. Кометы – это небесные тела неправильной формы, которые состоят изо льда с вкраплениями каменных и железных глыб, имеющих размеры порядка нескольких десятков километров. Когда комета приближается к Солнцу, то ледяная поверхность кометы нагревается, и лед начинает потихоньку таять и испаряться. Из ядра кометы выделяются газы, образующие обширную голову кометы. Воздействие солнечного излучения и солнечного ветра обуславливает образование хвоста, иногда достигающего миллионов километров в длину. Выделяемые газы уходят в космическое пространство, вследствие чего при каждом приближении к Солнцу комета теряет значительную часть своей массы. В связи с этим кометы живут относительно недолго, тысячелетия и столетия.

Современная модель расширяющейся Вселенной столкнулась с теоретическими проблемами, разрешение которых способствовало прогрессу астрономии. Разлетаясь после Большого взрыва из точки с бесконечно большой плотностью, сгустки вещества должны слегка притормаживать друг друга силами взаимного притяжения, и скорость их должна падать. Но для торможения не хватало всей массы Вселенной. Из этого возражения родилась в 1939 году гипотеза о наличии во Вселенной так называемых «черных дыр», которые невозможно увидеть, но которые хранят в себе 9/10 всей массы Вселенной, т.е. столько, сколько недоставало.

Что представляют собой «черные дыры»? Если некоторая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме, критическом для данной массы, то под действием собственного тяготения такое вещество начинает неудержимо сжиматься. Происходит гравитационный коллапс. В результате сжатия растет концентрация массы и наступает момент, когда сила тяготения на поверхности становится столь велика, что для её преодоление надо бы развить скорость большую, чем скорость света, а это невозможно. Поэтому «черные дыры» ничего не выпускают наружу и не отражают, и стало быть их невозможно обнаружить. В черной дыре пространство искривляется, а время замедляется. Если сжатие продолжается дальше, то на каком-то её этапе начинаются незатухающие ядерные реакции. Сжатие прекращается, а затем происходит антиколлапсионный взрыв, и «черная дыра» превращается в «белую дыру». Предполагается, что «черные дыры» находятся в ядрах галактики, являясь сверхмощным источником энергии.

Образование планет являются частью образования звезд. Поэтому особенности планет как объектов мегамира можно понять лишь в рамках общего космологического процесса, в силу которого вблизи определенных звезд возникает система планет, вращающиеся вокруг них. Поскольку вследствие громадных космических расстояний планетные системы других звезд не наблюдаются, то проблема происхождения планет рассматривается на модели происхождения планет Солнечной системы.

Первые теории происхождения солнечной системы были выдвинуты немецким философом И. Кантом и французским математиком Лапласом. Их теории вошли в науку как некая коллективная космологическая гипотеза Канта-Лапласа, хотя разрабатывались они независимо друг от друга. Кант утверждал, что Солнце, планеты и их спутники возникли из первоначальной, бесформенной туманной массы, некогда равномерно заполнявшей мировое пространство. Под влиянием сил притяжения, присущих частицам материи, из этих частиц образовались отдельные скопления становившиеся центрами притяжения. Из одного такого крупного центра скопления образовалось Солнце, вокруг него расположились частицы в виде туманностей, которые начали двигаться по кругу. В круговых туманностях образовались зародыши планет, которые начали вращаться также вокруг своей оси.

Приблизительно через 50 лет после этого Лаплас высказал идеи, развивавшие и дополнявшие кантовское космологическое учение. Гипотеза Лапласа основывалась на том, что Солнечная система образовалась из уже вращающейся газовой туманности. По теории Канта, Солнечная система также возникла из газовой туманности, но она не имела предварительного вращения. В этом случае появлялась непреодолимая трудность: невозможно было объяснить, как могло образоваться правильное вращательное движение небесных тел. Гипотеза Канта – Лапласа получила широкое признание в первой половине ХIХ в., но потом оказалось, что ряд факторов не укладывается в её рамки. Пытаясь решить возникшие трудности, английский астрофизик Дж. Джинс предположил, что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь, преобразовалась в планеты. Однако, учитывая огромное расстояние между звездами, такое столкновение кажется совершенно невероятным. Более детальный анализ выявил и другие недостатки этой гипотезы. Например, известно, что каждая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая. Принимая во внимание закономерности строения Солнечной системы, кажется невозможным, чтобы планеты были лишь осколками, оставшимися после космической катастрофы.

Современные концепции происхождения планет Солнечной системы основываются на том, что нужно учитывать не только механические силы, но и другие, в частности электромагнитные. Эта идея была выдвинута шведским астрофизиком Х. Альфвеном и английским ученым Ф. Хойлом. Согласно их гипотезе, первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа, подверженного влиянию электромагнитных сил. После того как из огромного газового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде – Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий газ на различных расстояниях – как раз там, где находятся планеты. Гравитационные и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа, в результате чего образовались планеты. Когда возникли самые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах, создав, таким образом, системы спутников. Теории происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверности на современном этапе развития науки невозможно. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясные места.