Структура Вселенной

  Содержание

Введение

Основная  часть

1.Космология

2.Структура  вселенной:

2.1.Метагалактика

2.2.Галактики

2.3.Звезды

2.4Планета  и солнечная система

3.Средства  наблюдения объектов  Вселенной

4.Проблема  поиска внеземных  цивилизаций

Заключение 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

Вселенная - это самый глобальный объект мегамира, безграничный во времени и пространстве. Согласно современным представлениям она представляет собой громадную необъятную сферу. Существуют научные гипотезы «открытой», то есть, «непрерывно расширяющейся» Вселенной, равно как и «закрытой», то есть «пульсирующей» Вселенной. Обе гипотезы существуют в нескольких вариантах. Однако требуются очень основательные исследования, пока та или иная из них не превратится в более или менее обоснованную научную теорию.

Вселенной на самых разных уровнях, от условно  элементарных частиц и до гигантских сверхскоплений галактик, присуща структурность. Структура Вселенной – предмет  изучения космологии, одной из важных отраслей естествознания, находящейся  на стыке многих естественных наук: астрономии, физики, химии и др. Современная  структура Вселенной является результатом  космической эволюции, в ходе которой  из протогалактик образовались галактики, из протозвезд – звезды, из протопланетного  облака – планеты. 
 
 
 
 
 
 
 

Космология

Космология  – астрофизическая теория структуры  и динамики изменения Метагалактики, включающая в себя и определенное понимание свойств всей Вселенной.

Сам термин «космология» образован от двух греческих  слов: cosmos – Вселенная и logos –  закон, учение. По своей сути космология представляет собой раздел естествознания, использующий достижения и методы астрономии, физики, математики, философии. Естественнонаучной базой космологии являются астрономические  наблюдения Галактики и других звездных систем, общая теория относительности, физика микропроцессов и высоких  плотностей энергии, релятивистская термодинамика  и ряд других новейших физических теорий.

Многие  положения современной космологии кажутся фантастическими. Понятия  Вселенной, бесконечности, Большого взрыва не поддаются наглядному физическому  восприятию; такие объекты и процессы нельзя зафиксировать непосредственно. Из-за этого обстоятельства складывается впечатление, что речь идет о чем-то сверхъестественном. Но такое впечатление  обманчиво, поскольку функционирование космологии носит весьма конструктивный характер, хотя многие ее положения  и оказываются гипотетичными.

Современная космология – это раздел астрономии, в котором объединены данные физики и математики, а также универсальные  философские принципы, поэтому она  представляет собой синтез научных  и философских знаний. Такой синтез в космологии необходим, поскольку  размышления о происхождении  и устройстве Вселенной эмпирически  трудно проверяемы и чаще всего существуют в виде теоретических гипотез  или математических моделей. Космологические  исследования обычно развиваются от теории к практике, от модели к эксперименту, и здесь исходные философские  и общенаучные установки приобретают большое значение. По этой причине космологические модели существенно различаются между собой – в их основе зачастую лежат противоположные исходные философские принципы. В свою очередь, любые космологические выводы также влияют на общефилософские представления об устройстве Вселенной, т.е. изменяют фундаментальные представления человека о мире и самом себе.

Важнейший постулат современной космологии заключается  в том, что законы природы, установленные  на основе изучения весьма ограниченной части Вселенной, могут быть экстраполированы на гораздо более широкие области, а, в конечном счете, и на всю Вселенную. Космологические теории различаются  в зависимости от того, какие физические принципы и законы положены в их основу. Построенные на их базе модели должны допускать проверку для наблюдаемой  области Вселенной, а выводы теории – подтверждаться наблюдениями или, во всяком случае, не противоречить  им. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Структура Вселенной

  Метагалактика

Метагалактика - это часть Вселенной, доступная  изучению астрономическими средствами. Она состоит из сотни миллиардов галактик, каждая из которых вращается  вокруг своей оси и одновременно разбегаются друг от друга со скоростями от 200 до 150 000 км. сек.(2).

Одно  из важнейших свойств Метагалактики  — ее постоянное расширение, о чем  свидетельствует «разлет» скоплений  галактик. Доказательством того, что  скопления галактик удаляются друг от друга, являются «красное смещение»  в спектрах галактик и открытие реликтового  излучения (фоновое внегалактическое излучение, соответствующее температуре около 2,7 К)(1).

Из явления  расширения Метагалактики вытекает важное следствие: в прошлом расстояния между галактиками были меньше. А  если учесть, что и сами галактики  в прошлом были протяженными и  разреженными газовыми облаками, то очевидно, что миллиарды лет назад границы  этих облаков смыкались и образовывали некоторое единое однородное газовое  облако, испытывавшее постоянное расширение.

Другое  важное свойство Метагалактики —  равномерное распределение в  ней вещества (основная масса которого сосредоточена в звездах). В современном  состоянии Метагалактика — однородна  в масштабе порядка 200 Мпк. Маловероятно, что она была такой в прошлом. В самом начале расширения Метагалактики  неоднородность материи вполне могла  существовать. Поиски следов неоднородности прошлых состояний Метагалактики  — одна из важнейших проблем внегалактической астрономии(2).

Однородность  Метагалактики (и Вселенной) надо понимать и в том смысле, что структурные  элементы далеких звезд и галактик, физические законы, которым они подчиняются, и физические константы, по-видимому, с большой степенью точности одинаковы повсюду, т.е. те же, что и в нашей области Метагалактики, включая Землю. Типичная галактика, находящаяся в сотне миллионов световых лет от нас, выглядит в основном так же, как наша. Спектры атомов, следовательно, законы химии и атомной физики там идентичны  принятым на Земле. Это обстоятельство позволяет уверенно распространять открытые в земной лаборатории законы физики на более широкие области Вселенной.

Представление об однородности Метагалактики еще  раз доказывает, что Земля не занимает во Вселенной сколько-нибудь привилегированного положения. Конечно, Земля, Солнце и  Галактика кажутся нам, людям, важными  и исключительными, но для Вселенной  в целом они такими не являются.

Согласно  современным представлениям, для  Метагалактики характерна ячеистая (сетчатая, пористая) структура. Эти  представления основываются на данных астрономических наблюдениях, показавших, что галактики распределены не равномерно, а сосредоточены вблизи границ ячеек, внутри которых галактик почти нет. Кроме того, найдены огромные объемы пространства, в которых галактик пока не обнаружено.

Если  брать не отдельные участки Метагалактики, а ее крупномасштабную структуру  в целом, то, очевидно, что в этой структуре не существует каких-то особых, чем-то выделяющихся мест или направлений  и вещество распределено сравнительно равномерно.

Возраст Метагалактики близок к возрасту Вселенной, поскольку образование  ее структуры приходится на период, следующий за разъединением вещества и излучения. По современным данным, возраст Метагалактики оценивается  в 15 млрд. лет. Ученые считают, что, по-видимому, близок к этому и возраст галактик, которые сформировались на одной  из начальных стадий расширения Метагалактики.

Галактики

Галактика - это скопление звезд в объеме, имеющем форму линзы. Большая  часть звезд концентрируется  в плоскости симметрии этого  объема (галактической плоскости), меньшая  часть, концентрируется в сферическом  объеме (ядре галактики).

Кроме звезд в состав галактик входят межзвездное  вещество (газы, пыль, астероиды, кометы), электромагнитные, гравитационные поля, космические излучения. Солнечная  система расположена вблизи галактической  плоскости нашей галактики. Для  земного наблюдателя звезды, концентрирующиеся  в галактической плоскости, сливаются  в видимую картину Млечного пути.

Систематическое исследование галактик было начато в  начале прошлого века, когда были установлены  на телескопах приборы для спектрального  анализа световых излучений звезд.

Американский  астроном Э. Хаббл разработал метод  классификации известных ему  тогда галактик с учетом их наблюдаемой  формы. В его классификации выделены несколько типов (классов) галактик, в каждом из которых существуют подтипы  или подклассы. Он же определил примерное  процентное распределение наблюдаемых  галактик: эллиптические по форме (приблизительно 25%), спиральные (приблизительно 50%), линзообразные (приблизительно 20%) и пекулярные (неправильной формы) галактики (приблизительно 5%) (2).

Эллиптические галактики обладают пространственной формой эллипсоида с разной степенью сжатия. Они являются наиболее простыми по структуре: распределение звезд  равномерно убывает от центра.

Неправильные  галактики не обладают выраженной формой, в них отсутствует центральное  ядро.

Спиральные  галактики представлены в форме  спирали, включая спиральные ветви. Это самый многочисленный вид  галактик, к которому относится и  наша Галактика – Млечный Путь.

Млечный Путь хорошо виден в безлунную  ночь. Он кажется скоплением светящихся туманных масс, протянувшимся от одной  стороны горизонта до другой, и  состоит примерно из 150 млрд. звезд. По форме он напоминает сплюснутый шар. В центре его находится ядро, от которого отходит несколько спиральных звездных ветвей. Наша Галактика чрезвычайно  велика: от одного ее края до другого  световой луч путешествует около 100 тыс. земных лет. Большая часть ее звезд сосредоточена в гигантском диске толщиной около 1500 световых лет. На расстоянии около 2 млн. световых лет  от нас находится ближайшая к  нам галактика – Туманность Андромеды, которая по своему строению напоминает Млечный Путь, но значительно превосходит  его по своим размерам. * Наша Галактика, Туманность Андромеды вместе с другими соседними звездными системами образуют местную группу галактик. На расстоянии около 30 тыс. световых лет от центра Галактики расположено Солнце.

Сегодня известно, что галактики объединяются в устойчивые структуры (скопления  и сверхскопления галактик). Астрономам известно облако галактик с плотностью 220 032 галактик на один квадратный градус. Наша Галактика входит в скопление  галактик, которое называют Местной  системой.

В Местную  систему входят наша Галактика, галактика  Туманность Андромеды, спиралеобразная  галактика из созвездия Треугольник  и еще 31 звездная система. Поперечник этой системы — 7 млн. световых лет. В это объединение галактик входит галактика Туманность Андромеды, которая существенно больше нашей Галактики: ее диаметр более 300 тыс. св. лет. Она находится на расстоянии 2,3 млн. св. лет от нашей Галактики и состоит из нескольких биллионов звезд. Наряду с такой огромной галактикой, как Туманность Андромеды, астрономам известны галактики-карлики.(3).

В созвездиях Льва и Скульптора обнаружены почти  шарообразные галактики размером 3000 св. лет в поперечнике. Имеются  данные о линейных размерах следующих  крупномасштабных структур во Вселенной: звездные системы — 108 км, галактики, содержащие около 1013 звезд, — 3 • 104 св. лет, скопление галактик (из 50 ярких  галактик) — 107св. лет, сверхскопления галактик— 109 св. лет. Расстояние между  скоплениями галактик равно приблизительно 20 • 107св. лет.(1).

Обозначение галактик принято давать относительно соответствующего каталога: обозначение  каталога плюс номер галактики (NGC2658, где NGC — новый общий каталог  Дрейера, 2658 — номер галактики в этом каталоге) В первых звездных каталогах галактики ошибочно фиксировались как туманности определенной светимости. Во второй половине ХХ в. было установлено, что классификация галактик Хаббла не является точной: существует большое множество разновидностей пекулярных по форме галактик. Местная система (скопление галактик) входит в гигантское сверхскопление галактик, поперечник которой составляет 100 млн. лет, наша Местная система находится от центра этого сверхскопления на расстоянии более 30 млн. св. лет(1). Современная астрономия использует широкий спектр методов исследования объектов, находящихся на огромных расстояниях от наблюдателя. Большое место в астрономических исследованиях занимает метод радиологических измерений, разработанный в начале прошлого века.