Структуры и масштабы вселенной: Вселенная: ответы на самые известные вопросы космоса

Вселенная: ответы на самые известные вопросы космоса

Что мы знаем о мироздании, каков космос? Вселенная – это трудно постижимый человеческим разумом безграничный мир, который кажется нереальным и нематериальным. На самом деле нас окружает материя, безграничная в пространстве и во времени, способная принимать различные формы. Чтобы попытаться понять истинные масштабы космического пространства, как устроена Вселенная, строение мироздания и процессы эволюции, нам потребуется переступить порог собственного мироощущения, взглянуть на окружающий нас мир под другим ракурсом, изнутри.

Взгляд на бескрайние просторы космоса с Земли

Образование Вселенной: первые шаги

Космос, который мы наблюдаем в телескопы, является только частью звездной Вселенной, так называемой Мегагалактикой. Параметры космологического горизонта Хаббла колоссальные – 15-20 млрд. световых лет. Эти данные приблизительны, так как в процессе эволюции Вселенная постоянно расширяется. Расширение Вселенной происходит путем распространения химических элементов и реликтового излучения. Структура Вселенной постоянно меняется. В пространстве возникают скопления галактик, объекты и тела Вселенной — это миллиарды звезд, формирующие элементы ближнего космоса — звездные системы с планетами и со спутниками.

А где начало? Как появилась Вселенная? Предположительно возраст Вселенной составляет 20 млрд. лет. Возможно, источником космической материи стало горячее и плотное протовещество, скопление которого в определенный момент взорвалось. Образовавшиеся в результате взрыва мельчайшие частицы разлетелись во все стороны, и продолжают удаляться от эпицентра в наше время. Теория Большого взрыва, которая сейчас доминирует в научных кругах, наиболее точно подходит под описания процесса образования Вселенной. Возникшее в результате космического катаклизма вещество представляло собой разнородную массу, состоящую из мельчайших неустойчивых частиц, которые сталкиваясь и разлетаясь, стали взаимодействовать друг с другом.

Большой взрыв – теория возникновения Вселенной, объясняющая ее образование. Согласно этой теории изначально существовало некоторое количество вещества, которое в результате определенных процессов взорвалось с колоссальной силой, разбросав в окружающее пространство массу матери.

Спустя некоторое время, по космическим меркам — мгновение, по земному летоисчислению — миллионы лет, наступил этап материализации пространства. Из чего состоит Вселенная? Рассеянное вещество стало концентрироваться в сгустки, большие и малые, на месте которых впоследствии стали возникать первые элементы Вселенной, огромные газовые массивы — ясли будущих звезд. В большинстве случаев процесс формирования материальных объектов во Вселенной объясняется законами физики и термодинамики, однако существует ряд моментов, которые пока не поддаются объяснению. К примеру, почему в одной части пространства расширяющееся вещество концентрируется больше, тогда как в другой части мироздания материя сильно разрежена. Ответы на эти вопросы можно будет получить только тогда, когда станет понятен механизм образования космических объектов, больших и малых.

Сейчас же процесс образования Вселенной объясняется действием законов Вселенной. Гравитационная нестабильность и энергия в разных участках запустили процессы формирования протозвезд, которые в свою очередь под воздействием центробежных сил и гравитации образовали галактики. Другими словами, в то время как материя продолжала и продолжает расширяться, под воздействием сил тяготения начались процессы сжатия. Частицы газовых облаков стали концентрироваться вокруг мнимого центра, образуя в итоге новое уплотнение. Строительным материалом в этой гигантской стройке является молекулярный водород и гелий.

Химические элементы Вселенной — первичный строительный материал, из которого шло впоследствии формирование объектов Вселенной

Дальше начинает действовать закон термодинамики, приводятся в действие процессы распада и ионизации. Молекулы водорода и гелия распадаются на атомы, из которых под действием сил гравитации формируется ядро протозвезды. Эти процессы являются законами Вселенной и приняли форму цепной реакции, происходят во всех далеких уголках Вселенной, заполнив мироздание миллиардами, сотнями миллиардов звезд.

Эволюция Вселенной: основные моменты

На сегодняшний день в научных кругах бытует гипотеза о цикличности состояний, из которых соткана история Вселенной. Возникнув в результате взрыва протовещества скопления газа, стали яслями для звезд, которые в свою очередь сформировали многочисленные галактики. Однако достигнув определенной фазы, материя во Вселенной начинает стремиться к своему изначальному, концентрированному состоянию, т.е. за взрывом и последующим расширением вещества в пространстве следует сжатие и возврат к сверхплотному состоянию, к исходной точке. Впоследствии все повторяется, за рождением следует финал и так на протяжении многих миллиардов лет, до бесконечности.

Начало и конец мироздания в соответствии с цикличностью эволюции Вселенной

Однако опустив тему образования Вселенной, которая остается открытым вопросом, следует перейти к строению мироздания. Еще в 30-е годы XX века стало ясно, что космическое пространство поделено на районы – галактики, которые являются огромными образованиями, каждое со своим звездным населением. При этом галактики не являются статическими объектами. Скорость разлета галактик от мнимого центра Вселенной постоянно меняется, о чем свидетельствует сближение одних и удаление других друг от друга.

Все перечисленные процессы с точки зрения продолжительности земной жизни длятся очень медленно. С точки зрения науки и этих гипотез — все эволюционные процессы происходят стремительно. Условно эволюцию Вселенной можно разделить на четыре этапа – эры:

• адронная эра;
• лептонная эра;
• фотонная эра;
• звездная эра.

Космическая шкала времени и эволюции Вселенной, в соответствии с которой можно объяснить появление космических объектов

На первом этапе все вещество было сконцентрировано в одной большой ядерной капле, состоящей из частиц и античастиц, объединенных в группы – адроны (протоны и нейтроны). Соотношение частиц и античастиц составляет примерно 1:1,1. Далее наступает процесс аннигиляции частиц и античастиц. Оставшиеся протоны и нейтроны являются тем строительным материалом, из которого формируется Вселенная. Продолжительность адронной эры ничтожна, всего 0,0001 секунды — период взрывной реакции.

Далее, спустя 100 секунд, начинается процесс синтеза элементов. При температуре миллиард градусов в процессе ядерного синтеза образуются молекулы водорода и гелия. Все это время вещество продолжает расширяться в пространстве.

С этого момента начинается длительный, от 300 тыс. до 700 тыс. лет, этап рекомбинации ядер и электронов, формирующих атомы водорода и гелия. При этом наблюдается снижение температуры вещества, падает интенсивность излучения. Вселенная становится прозрачной. Образовавшийся в колоссальных количествах водород и гелий под действием сил гравитации превращает первичную Вселенную в гигантскую строительную площадку. Через миллионы лет начинается звездная эра – представляющая собой процесс образования протозвезд и первых протогалактик.

Такое деление эволюции на этапы вписывается в модель горячей Вселенной, которая объясняет многие процессы. Истинные причины Большого взрыва, механизм расширения материи остаются необъяснимыми.

Строение и структура Вселенной

С образования водородного газа начинается звездная эра эволюции Вселенной. Водород под действием гравитации скапливается в огромные скопления, сгустки. Масса и плотность таких скоплений колоссальны, в сотни тысяч раз превышают массу самой сформировавшейся галактики. Неравномерное распределение водорода, наблюдавшееся на начальной стадии формирования мироздания, объясняет различия в размерах образовавшихся галактик. Там, где должно было существовать максимальное скопление водородного газа, образовались мегагалактики. Где концентрация водорода была незначительной, появились галактики меньших размеров, подобные нашему звездному дому — Млечному Пути.

Версия, в соответствии с которой Вселенная представляет собой точку начала-конца, вокруг которой вращаются галактики на разных этапах развития

С этого момента Вселенная получает первые образования с четкими границами и физическими параметрами. Это уже не туманности, скопления звездного газа и космической пыли (продукты взрыва), протоскопления звездной материи. Это звездные страны, площадь которых огромна с точки зрения человеческого разума. Вселенная становится полна интересных космических феноменов.

С точки зрения научных обоснований и современной модели Вселенной, сначала формировались галактики в результате действия гравитационных сил. Происходило превращение материи в колоссальный вселенский водоворот. Центростремительные процессы обеспечили последующую фрагментацию газовых облаков в скопления, которые стали местом рождения первых звезд. Протогалактики с быстрым периодом вращения превратились со временем в спиральные галактики. Там, где вращение было медленным, и в основном наблюдался процесс сжатия вещества, образовались неправильные галактик, чаще эллиптические. На этом фоне во Вселенной происходили более грандиозные процессы — формирование сверхскоплений галактик, которые тесно соприкасаются своими краями друг с другом.

Сверхскопления — это многочисленные группы галактик и скоплений галактик в составе крупномасштабной структуры Вселенной. В пределах 1 млрд св. лет находится около 100 сверхскоплений

С этого момента стало ясно, что Вселенная представляет собой огромную карту, где континентами являются скопления галактик, а странами — мегагалактики и галактики, образовавшиеся миллиарды лет назад. Каждое из образований состоит из скопления звезд, туманностей, скоплений межзвездного газа и пыли. Однако все это население составляет лишь 1% от общего объема вселенских образований. Основную массу и объем галактик занимает темная материя, природу которой выяснить не представляется возможным.

Разнообразие Вселенной: классы галактик

Стараниями американского ученого астрофизика Эдвина Хаббла мы теперь имеем границы Вселенной и четкую классификацию галактик, населяющих ее. В основу классификации легли особенности структуры этих гигантских образований. Почему галактики имеют разную форму? Ответ на этот и многие другие вопросы дает классификация Хаббла, в соответствии с которой Вселенная состоит из галактик следующих классов:

• спиральные;
• эллиптические;
• иррегулярные галактики.

К первым относятся наиболее распространенные образования, которыми заполнено мироздание. Характерными чертами спиральных галактик является наличие четко выраженной спирали, которая вращается вокруг яркого ядра либо стремится к галактической перемычке. Спиральные галактики с ядром обозначаются символами S, тогда как у объектов с центральной перемычкой обозначение уже SB. К этому классу относится и наша галактика Млечный Путь, в центре которой ядро разделено светящейся перемычкой.

Типичная спиральная галактика. В центре отчетливо видны ядро с перемычкой от концов которой исходят спиральные рукава.

Подобные образования разбросаны по Вселенной. Ближайшая к нам спиральная галактика Андромеда — гигант, который стремительно сближается с Млечным Путем. Наибольшей из известных нам представительниц этого класса является гигантская галактика NGC 6872. Диаметр галактического диска этого монстра составляет примерно 522 тысячи световых лет. Находится этот объект на расстоянии от нашей галактики в 212 млн. световых лет.

Следующим, распространенным классом галактических образований являются эллиптические галактики. Их обозначение в соответствии с классификацией Хаббла буква Е (elliptical). По форме эти образования эллипсоиды. Несмотря на то, что подобных объектов во Вселенной достаточно много, эллиптические галактики не отличатся выразительностью. Состоят они в основном из гладких эллипсов, которые наполнены звездными скоплениями. В отличие от галактических спиралей, эллипсы не содержат скоплений межзвездного газа и космической пыли, которые являются основными оптическими эффектами визуализации подобных объектов.

Типичный представитель этого класса, известный на сегодняшний день — эллиптическая кольцевая туманность в созвездии Лиры. Этот объект расположен от Земли на расстоянии 2100 световых лет.

Вид эллиптической галактики Центавр А в телескоп CFHT

Последний класс галактических объектов, которыми населена Вселенная — иррегулярные или неправильные галактики. Обозначение по классификации Хаббла – латинский символ I. Основная черта – это неправильная форма. Другими словами у подобных объектов нет четких симметричных форм и характерного рисунка. По своей форме такая галактика напоминает картину вселенского хаоса, где звездные скопления чередуются с облаками газа и космической пыли. В масштабах Вселенной иррегулярные галактики — явление частое.

В свою очередь неправильные галактики делятся на два подтипа:

• иррегулярные галактики I подтипа имеют сложную неправильной формы структуру, высокую плотную поверхность, отличающуюся яркостью. Нередко такая хаотическая форма неправильных галактик является следствием разрушившихся спиралей. Типичный пример подобной галактики — Большое и Малое Магелланово Облако;
• иррегулярные, неправильные галактики II подтипа имеют низкую поверхность, хаотическую форму и не отличаются высокой яркостью. Вследствие снижения яркости, подобные образования трудно обнаружить на просторах Вселенной.

Большое Магелланово Облако является самой ближайшей к нам неправильной галактикой. Оба образования в свою очередь являются спутниками Млечного Пути и могут быть в скором времени(через 1-2 млрд. лет) поглощены более крупным объектом.

Неправильная галактика Большое Магелланово облако — спутник нашей галактики Млечный Путь

Несмотря на то, что Эдвин Хаббл достаточно точно расставил галактики по классам, данная классификация не является идеальной. Больше результатов мы могли бы достичь, включи в процесс познания Вселенной теорию относительности Эйнштейна. Вселенная представлена богатством разнообразных форм и структур, каждая из которых имеет свои характерные свойства и особенности. Недавно астрономы сумели обнаружить новые галактические образования, которые по описанию являются промежуточными объектами, между спиральными и эллиптическими галактиками.

Млечный Путь — самая известная нам часть Вселенной

Две спиральные ветви, симметрично расположенные вокруг центра, составляют основное тело галактики. Спирали в свою очередь состоят из рукавов, которые плавно перетекают друг в друга. На стыке рукавов Стрельца и Лебедя расположилось наше Солнце, находящееся от центра галактики Млечный Путь на расстоянии 2,62·10¹⁷км. Спирали и рукава спиральных галактик – это скопления звезд, плотность которых увеличивается по мере приближения к галактическому центру. Остальную массу и объем галактических спиралей составляет темная материя, и только малая часть приходится на межзвездный газ и космическую пыль.

Положение Солнца в рукавах Млечного Пути, место нашей галактики во Вселенной

Толщина спиралей составляет примерно 2 тыс. световых лет. Весь это слоеный пирог находится в постоянном движении, вращаясь с огромной скоростью 200-300 км/с. Чем ближе к центру галактики, тем выше скорость вращения. Солнцу и нашей Солнечной системе потребуется 250 млн. лет, чтобы совершить полный оборот вокруг центра Млечного Пути.

Наша галактика состоит из триллиона звезд, больших и малых, сверхтяжелых и средней величины. Самое плотное скопление звезд Млечного Пути — рукав Стрельца. Именно в этой области наблюдается максимальная яркость нашей галактики. Противоположная часть галактического круга наоборот, менее яркая и плохо различима при визуальном наблюдении.

Центральная часть Млечного Пути представлена ядром, размеры которого предположительно составляют 1000-2000 парсек. В этой самой яркой области галактики сосредоточено максимальное количество звезд, которые имеют различные классы, свои пути развития и эволюции. В основном это старые сверхтяжелые звезды, находящиеся на финальной стадии Главной последовательности. Подтверждением наличия стареющего центра галактики Млечный Путь является наличие в этой области большого числа нейтронных звезд и черные дыры. Действительно – центр спирального диска любой спиральной галактики — сверхмассивная черная дыра, которая словно гигантский пылесос всасывает в себя небесные объекты и реальную материю.

Сверхмассивная черная дыра, находящаяся в центральной части Млечного Пути – место гибели всех галактических объектов

Что касается звездных скоплений, то ученым сегодня удалось классифицировать два вида скоплений: шарообразные и рассеянные. Помимо звездных скоплений спирали и рукава Млечного Пути, как и любой другой спиральной галактики, состоят из рассеянной материи и темной энергии. Являясь последствием Большого взрыва, материя пребывает в сильно разреженном состоянии, которое представлено разреженным межзвездным газом и частицами пыли. Видимая часть материи представляет собой туманности, которые в свою очередь делятся на два типа: планетарные и диффузные туманности. Видимая часть спектра туманностей объясняется преломлением света звезд, которые излучают свет внутри спирали по всем направлениями.

В этом космическом супе и существует наша Солнечная система. Нет, мы не единственные в этом огромном мире. Как и у Солнца, многие звезды имеют свои планетарные системы. Весь вопрос в том, как обнаружить далекие планеты, если расстояния даже в пределах нашей галактики превышают продолжительность существования любой разумной цивилизации. Время во Вселенной измеряется другими критериями. Планеты со своими спутниками, самые мелкие объекты во Вселенной. Количество подобных объектов не поддается исчислению. Каждая из тех звезд, которые находятся в видимом диапазоне, могут иметь собственные звездные системы. В наших силах увидеть только самые ближайшие к нам существующие планеты. Что происходит по соседству, какие миры существуют в других рукавах Млечного Пути и какие планеты существуют в других галактиках, остается загадкой.

Kepler-16 b — экзопланета у двойной звезды Kepler-16 в созвездии Лебедь

Заключение

Имея только поверхностное представление о том, как появилась и как эволюционирует Вселенная, человек сделал лишь маленький шаг на пути постижения и осмысливания масштабов мироздания. Грандиозные размеры и масштабы, с которыми ученым приходится сегодня иметь дело, говорят о том, что человеческая цивилизация — лишь мгновение в этом пучке материи, пространства и времени.

Модель Вселенной в соответствии с понятием присутствия материи в пространстве с учетом времени

Изучение Вселенной идет от Коперника и до наших дней. Сначала ученые отталкивались от гелиоцентрической модели. На деле оказалось, что космос не имеет реального центра и все вращение, движение и перемещение происходит по законам Вселенной. Несмотря на то, что существует научное объяснение происходящим процессам, вселенские объекты распределены на классы, виды и типы, ни одно тело в космосе не похоже на другое. Размеры небесных тел примерны, так же как и их масса. Расположение галактик, звезд и планет условно. Все дело в том, что во Вселенной нет системы координат. Наблюдая за космосом, мы делаем проекцию на весь видимый горизонт, считая нашу Землю нулевой точкой отсчета. На самом деле мы только микроскопическая частичка, затерявшаяся в бесконечных просторах Вселенной.

Вселенная – это субстанция, в которой все объекты существуют в тесной привязке к пространству и времени

Аналогично привязки к размерам, следует рассматривать время во Вселенной, как главную составляющую. Зарождение и возраст космических объектов позволяет составить картину рождения мира, выделить этапы эволюции мироздания. Система, с которой мы имеем дело, тесно связана временными рамками. Все процессы, протекающие в космосе, имеют циклы — начало, формирование, трансформацию и финал, сопровождающийся гибелью материального объекта и перехода материи в другое состояние.

Структура Вселенной: устройство, свойства галактик, форма

Безусловно, устройство Вселенной многообразно. В её состав входят не простые частицы, а целые структуры и объединения.
К тому же, связь всех элементов превращает Вселенную в то, что мы наблюдаем.

Вселенная

Устройство Вселенной

Установлено, что во Вселенной великое множество галактик. На данный момент их количество около 100 миллиардов. И это только в наблюдаемой нами части.

На самом деле практически все галактики объединены в группы. К тому же, существуют галактические скопления. В которых собраны сотни систем. Помимо этого, обнаружены сверхскопления с тысячами галактик в своём составе.

Сверхскопление галактик

Галактика это связанная силой гравитации система.
По определению, галактики состоят из:

• Планет, звёзд, чёрных дыр — 1%,
• Межзвёздный газ и пыль-от 10 до 30%,
• Тёмная материя — остальная основная масса.

Но есть и свободное место в пространстве, которое называют войд. В них отсутствуют звёзды, и плотность материи менее одной десятой от характерной для Вселенной.

Войд (пустота Вселенной)

Структура галактики

Человека всегда интересовало, как устроена Вселенная. Бесспорно, структура и масштабы Вселенной удивляют и завораживают. Ведь это неимоверно красивейшее зрелище.
На самом деле, несмотря на разнообразие звёздных объединений, выделена их общая структура.
Ядро является центром. Это как сердце галактики и отдельной галактики в одном. Можно сказать, что сила галактики заключена в нём.

Структура галактики

Диск включает в себя основное количество газа, пыли и звёзд.
Балдж представляет собой часть в центре. Это внутренний и очень яркий элемент галактики.
Гало это внешняя часть сферы, которая плавно переходит от балджа.
Рукава имеются не во всех галактиках. Это структура из молодых звёзд и газа. Могут быть в разной степени закрученными.
Бар или перемычка является плотным формированием из газа и звёзд.

Свойства галактик

Сейчас, насколько это возможно изучив галактики, их разделяют на различные виды и классы.
Более того, установили взаимодействие таких космических комплексов. Они могут влиять друг на друга. Но с условием небольшого расстояния между ними. Кроме того, в зависимости от их массы и размеров.
Именно взаимосвязь между галактиками может привести к их слиянию.

Слияние двух галактик

Форма Вселенной

Вопрос о форме и размере Вселенной один из загадочных и неоднозначных. Потому как однозначного ответа просто нет. Учёные выдвигают разные гипотезы, но подтверждения им не найдено.
Разумеется, что изучение пространства продолжается. Вероятно, когда-нибудь мы узнаем, какой формы наш мир.

Предполагаемая форма Вселенной

Вселенная как живой организм, растёт и развивается. Правда, по своим правилам и законам.
Люди более или менее определили состав и физику Вселенной. К тому же, мы немного разобрались в системе и устройстве Вселенной. Но остаётся много загадок и тайн, которые, возможно, мы сможем постичь в будущем.

Масштабы Вселенной, строение, объекты

Были времена, когда мир людей ограничивался поверхностью Земли, находящейся у них под ногами. По мере развития техники человечество расширило свой кругозор. Теперь люди задумываются о том, есть ли границы у нашего мира и каковы масштабы Вселенной? На самом деле её реальные размеры не может представить себе ни один человек. Поскольку у нас нет подходящих ориентиров. Даже профессиональные астрономы рисуют себе (хотя бы в воображении) уменьшенные во много раз модели. Принципиальным является точное соотнесение габаритов, которые имеют объекты Вселенной. А при решении математических задач они вообще неважны, потому что оказываются просто числами, которыми оперирует астроном.

Про строение Солнечной системы

Чтобы говорить про масштабы Вселенной нужно сначала разобраться с тем, что находится к нам ближе всего. Во-первых, это звезда, которая называется Солнцем. Во-вторых – планеты, обращающиеся вокруг нее. Кроме них, есть еще спутники, движущиеся вокруг некоторых космических объектов. И не нужно забывать про пояс астероидов.

Планеты в этом перечне интересуют людей с давних пор, поскольку они являются самыми доступными для наблюдения. С их изучения начала развиваться наука о строении Вселенной — астрономия. Центром Солнечной системы признана звезда. Она является еще и самым большим её объектом. Если сравнивать с Землей, то Солнце по объему больше в миллион раз. Оно только кажется сравнительно маленьким, поскольку сильно удалено от нашей планеты.

Все планеты Солнечной системы делятся на три группы:

• Земная. В неё входят планеты, которые похожи на Землю по внешним признакам. Например, это Меркурий, Венера и Марс.
• Объекты-гиганты. Они имеют гораздо большие размеры по сравнению с первой группой. К тому же в их составе много газов, поэтому они еще называются газовыми. Сюда относят Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
• Планеты-карлики. Они, по сути, являются крупными астероидами. Один из них до недавнего времени был включен в состав основных планет — это Плутон.

Планеты «не разлетаются» от Солнца благодаря силе притяжения. А упасть на звезду они не могут из-за больших скоростей. Объекты действительно очень «шустрые». К примеру, скорость Земли приблизительно равна 30 километрам в секунду.

Как сравнить размеры объектов Солнечной системы?

Перед тем как вы попытаетесь представить себе масштабы Вселенной, стоит разобраться с Солнцем и планетами. Ведь их тоже бывает сложно соотнести друг с другом. Чаще всего условный размер огненной звезды отождествляют с бильярдным шаром, диаметр которого равен 7 см. Стоит отметить, что в реальности он достигает около 1400 тыс. км. В таком «игрушечном» макете первая планета от Солнца (Меркурий) оказывается на расстоянии 2 метров 80 сантиметров. При этом шарик Земли будет иметь в диаметре всего половину миллиметра. Он расположен от звезды на расстоянии 7,6 метра. Расстояние до Юпитера в этом масштабе будет равно 40 м, а до Плутона — 300.

Если говорить об объектах, которые находятся за пределами Солнечной системы, то самая близкая звезда — Проксима Центавра. Она будет удалена так сильно, что это упрощение оказывается слишком маленьким. И это при том, что она находится в пределах Галактики. Что же говорить про масштабы Вселенной. Как видим, она фактически безгранична. Всегда хочется узнать, как соотносятся Земля и Вселенная. И после получения ответа не верится в то, что наша планета и даже Галактика — ничтожная часть огромного мира.

Какие единицы применяются для измерения расстояний в космосе?

Сантиметр, метр и даже километр — все эти величины оказываются ничтожными уже в пределах Солнечной системы. Что же говорить о Вселенной. Чтобы указать расстояние в пределах Галактики, используется величина, названная световым годом. Это время, которое потребуется свету, движущемуся в течение одного года. Напомним, что одна световая секунда равна почти 300 тысячам км. Поэтому при переводе в привычные километры световой год оказывается приблизительно равным 10 тысячам миллиардов. Представить его невозможно, поэтому масштабы Вселенной невообразимы для человека. Если нужно указать расстояние между соседними галактиками, то и световой год оказывается недостаточным. Нужна еще более крупная величина. Ею оказался парсек, который равен 3,26 светового года.

Как устроена Галактика?

Она является гигантским образованием, состоящим из звезд и туманностей. Небольшую их часть видно каждую ночь на небосклоне. Структура нашей Галактики весьма сложная. Ее можно считать сильно сжатым эллипсоидом вращения. Причем у него выделяют экваториальную часть и центр. Экватор Галактики большей частью составляют газовые туманности и горячие массивные звезды. В Млечном Пути эта часть находится в центральной его области.

Солнечная система не является исключением из правил. Она тоже расположена вблизи экватора Галактики. Кстати, основная часть звезд образует огромный диск, диаметр которого равен 100 тысячам световых лет, а толщина – 1500 . Если вернуться к тому масштабу, который был использован для представления Солнечной системы, то размеры Галактики станут соразмерны расстоянию от Земли до Солнца. Это невероятная цифра. Поэтому Солнце с Землей оказываются крошками в Галактике.

Какие объекты существуют во Вселенной?

Перечислим самые основные:

• Звезды – массивные самосветящиеся шары. Они возникают из среды, состоящей и смеси пыли и газов. Большую их часть составляют водород и гелий.
• Реликтовое излучение. Им являются электромагнитные импульсы, распространяющиеся в космосе. Его температура – 270 градусов Цельсия. Причём это излучение одинаково по всем направлениям. Это свойство называется изотропностью. К тому же с ним связывают некоторые загадки Вселенной. К примеру, стало ясно, что оно возникло в момент большого взрыва. То есть существует с самого начала существования Вселенной. Оно же подтверждает мысль о том, что она расширяется одинаково по всем направлениям. Причём это утверждение справедливо не только для настоящего времени. Так было и в самом начале.
• Темная материя. То есть скрытая масса. Это те объекты Вселенной, которые нельзя исследовать прямым наблюдением. Другими словами, они не излучают электромагнитные волны. Но оказывают гравитационное воздействие на другие тела.
• Черные дыры. Они недостаточно изучены, но весьма известны. Это произошло из-за массового описания таких объектов в фантастических произведениях. По сути, черной дырой является тело, от которого не может распространиться электромагнитное излучение из-за того, что вторая космическая скорость на нем равна скорости света. Стоит вспомнить, что именно вторую космическую скорость необходимо сообщить предмету, чтобы он покинул космический объект.

Во Вселенной, кроме того, есть еще квазары и пульсары.

Загадочная Вселенная

В ней полно того, что еще до конца не открыто, не изучено. Да и то, что удалось обнаружить, частенько подбрасывает новые вопросы и связанные с ними загадки Вселенной. К ним можно отнести даже всем известную теорию «Большого взрыва». Она является действительно только условной доктриной, поскольку человечество может лишь догадываться о том, как это происходило.

Вторая загадка – возраст Вселенной. Его удается сосчитать приблизительно по уже упомянутому реликтовому излучению, наблюдением за шаровыми скоплениями и прочим объектам. Сегодня учёные сошлись во мнении, что возраст Вселенной приблизительно равен 13,7 миллиарда лет. Еще одна тайна — если жизнь на других планетах? Ведь не только в Солнечной системе возникли подходящие условия, и появилась Земля. И Вселенная, скорее всего, наполнена подобными образованиями.

Одна?

А что находится за пределами Вселенной? Что там, куда не проник человеческий взор? Есть ли что-то за этим рубежом? Если да, то сколько вселенных существует? Это вопросы, на которые ученым только предстоит найти ответы. Наш мир подобен коробке с сюрпризами. Когда-то казалось, что он состоит только из Земли и Солнца, с небольшим количеством звезд на небе. Потом мировоззрение расширилось. Соответственно, и границы раздвинулись. Не удивительно, что многие светлые умы уже давно пришли к выводу, что Вселенная – только часть еще более крупного образования.

описание и характеристика с фото

Вселенная > Структура Вселенной

Предполагаемая карта Вселенной

Изучите схему структуры Вселенной: масштабы пространства, карта Вселенной, сверхскопления, скопления, группы галактик, галактики, звезды, Великая Стена Слоуна.

Мы живем в бесконечном пространстве, поэтому всегда интересно узнать, как выглядят структура и масштабы Вселенной. Глобальная вселенская структура представляет собою пустоты и волокна, которые можно разбить на сверхскопления, скопления, галактические группы, а уже в конце и сами галактики. Если снова уменьшать масштабы, то рассмотрим и звезды (Солнце – одна из них).

Если вы осознаете, как выглядит эта иерархия, то можете лучше понять, какую роль играет каждый названый элемент в структуре Вселенной. К примеру, если мы проникнем еще дальше, то заметим, что молекулы делятся на атомы, а те на электроны, протоны и нейтроны. Последние два также трансформируются в кварки.

Но это маленькие элементы. А что делать с гигантскими? Что собою представляют сверхскопления, пустоты и волокна? Будем двигаться от маленького к большому. Внизу можете посмотреть, как выглядит карта Вселенной в масштабе (здесь хорошо просматриваются нити, волокна и пустоты пространства).

Крупномасштабная карта Вселенной

Существуют одиночные галактики, но большинство предпочитают располагаться группами. Обычно это 50 галактик, занимающих в диаметре 6 миллионов световых лет. Группа Млечного Пути насчитывает более 40 галактик.

Скопления – это области с 50-1000 галактиками, достигающих размеров в 2-10 мегапарсек (диаметр). Интересно отметить, что их скорости невероятно велики, а значит, должны преодолевать гравитацию. Но они все же держатся вместе.

Обсуждения темной материи появляется на этапе рассмотрения именно галактических скоплений. Полагают, что она создает ту силу, которая не позволяет галактикам разойтись в разные стороны.

Иногда группы также объединяются, чтобы сформировать сверхскопление. Это одни из крупнейших структур Вселенной. Наибольший представитель – Великая Стена Слоуна, растянувшаяся на 500 миллионов световых лет в длину, 200 миллионов световых лет в ширину и 15 миллионов световых лет в толщину.

Современные приборы все еще недостаточно мощные, чтобы увеличивать изображения. Сейчас мы можем рассмотреть два компонента. Нитевидные структуры – состоят из изолированных галактик, групп, скоплений и сверхскоплений. А также пустоты – гигантские пустые пузыри. Посмотрите интересные видео, чтобы узнать больше информации о структуре Вселенной и свойствах ее элементов.

Иерархическое формирование галактик во Вселенной

Астрофизик Ольга Сильченко о свойствах темной материи, веществе в ранней Вселенной и реликтовом фоне:

---

Материя и антиматерия во Вселенной

изик Валерий Рубаков о ранней Вселенной, стабильности вещества и барионном заряде:

---

1. Масштабы Вселенной и ее строение

1. Масштабы Вселенной и ее строение

Если бы астрономы-профессионалы постоянно и ощутимо представляли себе чудовищную величину космических расстояний и интервалов времени эволюции небесных светил, вряд ли они могли успешно развивать науку, которой посвятили свою жизнь. Привычные нам с детства пространственно-временные масштабы настолько ничтожны по сравнению с космическими, что когда это доходит до сознания, то буквально захватывает дух. Занимаясь какой-нибудь проблемой космоса, астроном либо решает некую математическую задачу (это чаще всего делают специалисты по небесной механике и астрофизики-теоретики), либо занимается усовершенствованием приборов и методов наблюдений, либо же строит в своем воображении, сознательно или бессознательно, некоторую небольшую модель исследуемой космической системы. При этом основное значение имеет правильное понимание

относительных размеров изучаемой системы (например, отношение размеров деталей данной космической системы, отношение размеров этой системы и других, похожих или непохожих на нее, и т. д.) и интервалов времени (например, отношение скорости протекания данного процесса к скорости протекания какого-либо другого).

Автор этой книги довольно много занимался, например, солнечной короной и Галактикой. И всегда они представлялись ему неправильной формы сфероидальными телами примерно одинаковых размеров — что-нибудь около 10 см… Почему 10 см? Этот образ возник подсознательно, просто потому, что слишком часто, раздумывая над тем или иным вопросом солнечной или галактической физики, автор чертил в обыкновенной тетради (в клеточку) очертания предметов своих размышлений. Чертил, стараясь придерживаться масштабов явлений. По одному очень любопытному вопросу, например, можно было провести интересную аналогию между солнечной короной и Галактикой (вернее, так называемой «галактической короной»). Конечно, автор этой книги очень хорошо, так сказать, «умом» знал, что размеры галактической короны в сотни миллиардов раз больше, чем размеры солнечной. Но он спокойно забывал об этом. А если в ряде случаев большие размеры галактической короны приобретали некоторое принципиальное значение (бывало и так), это учитывалось формально-математически. И все равно зрительно обе «короны» представлялись одинаково маленькими…

Если бы автор в процессе этой работы предавался философским размышлениям о чудовищности размеров Галактики, о невообразимой разреженности газа, из которого состоит галактическая корона, о ничтожности нашей малютки-планеты и собственного бытия и о прочих других не менее правильных предметах, работа над проблемами солнечной и галактической корон прекратилась бы автоматически…

Пусть простит мне читатель это «лирическое отступление». Я не сомневаюсь, что и у других астрономов возникали такие же мысли, когда они работали над своими проблемами. Мне кажется, что иногда полезно поближе познакомиться с «кухней» научной работы…

Если мы хотим на страницах этой книги обсуждать волнующие вопросы о возможности разумной жизни во Вселенной, то прежде всего нужно будет составить правильное представление о ее

пространственно — временных масштабах. Еще сравнительно недавно земной шар представлялся человеку огромным.

Свыше трех лет потребовалось отважным сподвижникам Магеллана, чтобы 465 лет тому назад ценой неимоверных лишений совершить первое кругосветное путешествие. Немногим более 100 лет прошло с того времени, когда находчивый герой фантастического романа Жюля Верна совершил, пользуясь последними достижениями техники того времени, путешествие вокруг света за 80 суток. И прошло всего лишь 26 лет с тех памятных для всего человечества дней, когда первый советский космонавт Гагарин облетел на легендарном космическом корабле «Восток» земной шар за 89 мин.

И мысли людей невольно обратились к огромным пространствам космоса, в которых затерялась небольшая планета Земля…

Наша Земля — одна из планет Солнечной системы.

По сравнению с другими планетами она расположена довольно близко к Солнцу, хотя и не является самой близкой.

Среднее расстояние от Солнца до Плутона — самой далекой планеты Солнечной системы — в 40 раз больше среднего расстояния от Земли до Солнца. В настоящее время неизвестно, имеются ли в Солнечной системе планеты, еще более удаленные от Солнца, чем Плутон. Можно только утверждать, что если такие планеты и есть, то они сравнительно невелики. Условно размеры Солнечной системы можно принять равными 50–100 астрономическим единицам[1], или около 10 млрд км.

По нашим земным масштабам это очень большая величина, примерно в 1 миллион раз превосходящая диаметр Земли.

Мы можем более наглядно представить относительные масштабы Солнечной системы следующим образом. Пусть Солнце изображается биллиардным шаром диаметром 7 см. Тогда ближайшая к Солнцу планета — Меркурий находится от него в этом масштабе на расстоянии 280 см, Земля — на расстоянии 760 см, гигантская планета Юпитер удалена на расстояние около 40 м, а самая дальняя планета — во многих отношениях пока еще загадочный Плутон — на расстояние около 300 м. Размеры земного шара в этом масштабе несколько больше 0,5 мм, лунный диаметр — немногим больше 0,1 мм, а орбита Луны имеет диаметр около 3 см.

Даже самая близкая к нам звезда — Проксима Центавра удалена от нас на такое большое расстояние, что по сравнению с ним межпланетные расстояния в пределах Солнечной системы кажутся сущими пустяками. Читатели, конечно, знают, что для измерения межзвездных расстояний такой единицей длины, как километр, почти. никогда не пользуются[2]. Эта единица измерений (так же как сантиметр, дюйм и др.) возникла из потребностей практической деятельности человечества на Земле. Она совершенно непригодна для оценки космических расстояний, слишком больших по сравнению с километром.

В популярной литературе, а иногда и в научной, для оценки межзвездных и межгалактических расстояний как единицу измерения употребляют «световой год». Это такое расстояние, которое свет, двигаясь со скоростью 300 тыс. км/с, проходит за год. Легко убедиться, что световой год равен 9,46·10

12 км, или около 10000 млрд км.

В научной литературе для измерения межзвездных и межгалактических расстояний обычно применяется особая единица, получившая название «парсек»; 1 парсек (пк) равен 3,26 светового года. Парсек определяется как такое расстояние, с которого радиус земной орбиты виден под углом в 1 сек. дуги. Это очень маленький угол. Достаточно сказать, что под таким углом монета в одну копейку видна с расстояния в 3 км.

Ни одна из звезд — ближайших соседок Солнечной системы — не находится к нам ближе, чем на 1 пк. Например, упомянутая Проксима Центавра удалена от нас на расстояние около 1,3 пк. В том масштабе, в котором мы изобразили Солнечную систему, это соответствует 2 тыс. км. Все это хорошо иллюстрирует большую изолированность нашей Солнечной системы от окружающих звездных систем; некоторые из этих систем, возможно, имеют с ней много сходства.

Но окружающие Солнце звезды и само Солнце составляют лишь ничтожно малую часть гигантского коллектива звезд и туманностей, который называется «Галактикой». Это скопление звезд мы видим в ясные безлунные ночи как пересекающую небо полосу Млечного Пути. Галактика имеет довольно сложную структуру. В первом, самом грубом приближении мы можем считать, что звезды и туманности, из которых она состоит, заполняют объем, имеющий форму сильно сжатого эллипсоида вращения. Часто в популярной литературе форму Галактики сравнивают с двояковыпуклой линзой. На самом деле все обстоит значительно сложнее, и нарисованная картина является слишком грубой. В действительности оказывается, что разные типы звезд совершенно по-разному концентрируются к центру Галактики и к ее «экваториальной плоскости». Например, газовые туманности, а также очень горячие массивные звезды сильно концентрируются к экваториальной плоскости Галактики (на небе этой плоскости соответствует большой круг, проходящий через центральные части Млечного Пути). Вместе с тем они не обнаруживают значительной концентрации к галактическому центру. С другой стороны, некоторые типы звезд и звездных скоплений (так называемые «шаровые скопления», рис. 2) почти никакой концентрации к экваториальной плоскости Галактики не обнаруживают, но зато характеризуются огромной концентрацией по направлению к ее центру. Между этими двумя крайними типами пространственного распределения (которое астрономы называют «плоское» и «сферическое») находятся все промежуточные случаи. Все же оказывается, что основная часть звезд в Галактике находится в гигантском диске, диаметр которого около 100 тыс. световых лет, а толщина около 1500 световых лет. В этом диске насчитывается несколько больше 150 млрд звезд самых различных типов. Наше Солнце — одна из этих звезд, находящаяся на периферии Галактики вблизи от ее экваториальной плоскости (точнее, «всего лишь» на расстоянии около 30 световых лет — величина достаточно малая по сравнению с толщиной звездного диска).

Расстояние от Солнца до ядра Галактики (или ее центра) составляет около 30 тыс. световых лет. Звездная плотность в Галактике весьма неравномерна. Выше всего она в области галактического ядра, где, по. последним данным, достигает 2 тыс. звезд на кубический парсек, что почти в 20 тыс. раз больше средней звездной плотности в окрестностях Солнца[3]. Кроме того, звезды имеют тенденцию образовывать отдельные группы или скопления. Хорошим примером такого скопления являются Плеяды, которые видны на нашем зимнем небе (рис. 3).

В Галактике имеются и структурные детали гораздо больших масштабов. Исследованиями последних лет доказано, что туманности, а также горячие массивные звезды распределены вдоль ветвей спирали. Особенно хорошо спиральная структура видна у других звездных систем — галактик (с маленькой буквы, в отличие от нашей звездной системы — Галактики). Одна из таких галактик изображена на рис. 4. Установить спиральную структуру Галактики, в которой мы сами находимся, оказалось в высшей степени трудно.

Звезды и туманности в пределах Галактики движутся довольно сложным образом. Прежде всего, они участвуют во вращении Галактики вокруг оси, перпендикулярной к ее экваториальной плоскости. Это вращение не такое, как у твердого тела: различные участки Галактики имеют различные периоды вращения. Так, Солнце и окружающие его в огромной области размерами в несколько сотен световых лет звезды совершают полный оборот за время около 200 млн лет. Так как Солнце вместе с семьей планет существует, по-видимому, около 5 млрд лет, то за время своей эволюции (от рождения из газовой туманности до нынешнего состояния) оно совершило примерно 25 оборотов вокруг оси вращения Галактики. Мы можем сказать, что возраст Солнца — всего лишь 25 «галактических лет», скажем прямо — возраст цветущий…

Скорость движения Солнца и соседних с ним звезд по их почти круговым галактическим орбитам достигает 250 км/с[4]. На это регулярное движение вокруг галактического ядра накладываются хаотические, беспорядочные движения звезд.

Скорости таких движений значительно меньше — порядка 10–50 км/с, причем у объектов разных типов они различны. Меньше всего скорости у горячих массивных звезд (6–8 км/с), у звезд солнечного типа они около 20 км/с. Чем меньше эти скорости, тем более «плоским» является распределение данного типа звезд.

В том масштабе, которым мы пользовались для наглядного представления Солнечной системы, размеры Галактики будут составлять 60 млн км — величина, уже довольно близкая к расстоянию от Земли до Солнца. Отсюда ясно, что по мере проникновения во все более удаленные области Вселенной этот масштаб уже не годится, так как теряет наглядность. Поэтому мы примем другой масштаб. Мысленно уменьшим земную орбиту до размеров самой внутренней орбиты атома водорода в классической модели Бора. Напомним, что радиус этой орбиты равен 0,53·10^–8 см. Тогда ближайшая звезда будет находиться на расстоянии приблизительно 0,014 мм, центр Галактики — на расстоянии около 10 см, а размеры нашей звездной системы будут около 35 см. Диаметр Солнца будет иметь микроскопические размеры: 0,0046 А (ангстрем — единица длины, равная 10^–8 см).

Мы уже подчеркивали, что звезды удалены друг от друга на огромные расстояния, и тем самым практически изолированы. В частности, это означает, что звезды почти никогда не сталкиваются друг с другом, хотя движение каждой из них определяется полем силы тяготения, создаваемым всеми звездами в Галактике.

Если мы будем рассматривать Галактику как некоторую область, наполненную газом, причем роль газовых молекул и атомов играют звезды, то мы должны считать этот газ крайне разреженным. В окрестностях Солнца среднее расстояние между звездами примерно в 10 млн раз больше, чем средний диаметр звезд. Между тем при нормальных условиях в обычном воздухе среднее расстояние между молекулами всего лишь в несколько десятков раз больше размеров последних. Чтобы достигнуть такой же степени относительного разрежения, плотность воздуха следовало бы уменьшить по крайней мере в 10¹⁸ раз! Заметим, однако, что в центральной области Галактики, где звездная плотность относительно высока, столкновения между звездами время от времени будут происходить. Здесь следует ожидать приблизительно одно столкновение каждый миллион лет, в то время как в «нормальных» областях Галактики за всю историю эволюции нашей звездной системы, насчитывающую, по крайней мере, 10 млрд лет, столкновений между звездами практически не было (см. гл. 9). Галактики. Этой важной проблеме посвящены другие книги, к которым мы отсылаем интересующихся читателей (например, Б. А. Воронцов-Вельяминов «Очерки о Вселенной», Ю. Н. Ефремов «В глубины Вселенной»). Наша задача — дать только самую общую картину строения и развития отдельных объектов Вселенной. Такая картина совершенно необходима для понимания этой книги.

Уже несколько десятилетий астрономы настойчиво изучают другие звездные системы, в той или иной степени сходные с нашей. Эта область исследований получила название «внегалактической астрономии». Она сейчас играет едва ли не ведущую роль в астрономии. В течение последних трех десятилетий внегалактическая астрономия добилась поразительных успехов. Понемногу стали вырисовываться грандиозные контуры Метагалактики, в состав которой наша звездная система входит как малая частица. Мы еще далеко не все знаем о Метагалактике. Огромная удаленность объектов создает совершенно специфические трудности, которые разрешаются путем применения самых мощных средств наблюдения в сочетании с глубокими теоретическими исследованиями. Все же общая структура Метагалактики в последние годы в основном стала ясной.

Мы можем определить Метагалактику как совокупность звездных систем — галактик, движущихся в огромных пространствах наблюдаемой нами части Вселенной. Ближайшие к нашей звездной системе галактики — знаменитые Магеллановы Облака, хорошо видные на небе южного полушария как два больших пятна при мерно такой же поверхностной яркости, как и Млечный Путь. Расстояние до Магеллановых Облаков «всего лишь» около 200 тыс. световых лет, что вполне сравни мо с общей протяженностью нашей Галактики. Другая «близкая» к нам галактика — это туманность в созвездии Андромеды. Она видна невооруженным глазом как слабое световое пятнышко 5-й звездной величины[5]. На самом деле это огромный звездный мир, по количеству звезд и полной массе раза в три превышающей нашу Галактику, которая в свою очередь является гигантом среди галактик. Расстояние до туманности Андромеды, или, как ее называют астрономы, М 31 (это означает, что в известном каталоге туманностей Мессье она занесена под № 31), около 1800 тыс. световых лет, что примерно в 20 раз превышает размеры Галактики. Туманность М 31 имеет явно выраженную спиральную структуру и по многим своим характеристикам весьма напоминает нашу Галактику. Рядом с ней находятся ее небольшие спутники эллипсоидальной формы (рис. 5). На рис. 6 пpиведены фотографии нескольких сравнительно близких к нам галактик. Обращает на себя внимание большое разнообразие их форм. Наряду со спиральными системам (такие галактики обозначаются символами Sa, Sb и Sc в зависимости от характер развития спиральной структуры; при наличии проходящей через ядро «перемычки (рис. 6а) после буквы S ставится буква В) встречаются сфероидальные и эллипсоидальные, лишенные всяких следов спиральной структуры, а также «неправильные галактики, хорошим примером которых могут служить Магеллановы Облака.

В большие телескопы наблюдается огромное количество галактик. Если галактик ярче видимой 12-й величины насчитывается около 250, то ярче 16-й — уже около 50 тыс. Самые слабые объекты, которые на пределе может сфотографировать телескоп-рефлектор с диаметром зеркала 5 м, имеют 24,5-ю величину. Оказывается, что среди миллиардов таких слабейших объектов большинство составляют галактики. Многие из них удалены от нас на расстояния, которые свет проходит за миллиарды лет. Это означает, что свет, вызвавший почернение пластинки, был излучен такой удаленной галактикой еще задолго до архейского периода геологической истории Земли!

Иногда среди галактик попадаются удивительные объекты, например «радиогалактики». Это такие звездные системы, которые излучают огромное количество энергии в радиодиапазоне. У некоторых радиогалактик поток радиоизлучения в несколько раз превышает поток оптического излучения, хотя в оптическом диапазоне их светимость очень велика — в несколько раз превосходит полную светимость нашей Галактики. Напомним, что последняя складывается из излучения сотен миллиардов звезд, многие из которых в свою очередь излучают значительно сильней Солнца. Классический пример такой радиогалактики — знаменитый объект Лебедь А. В оптическом диапазоне это два ничтожных световых пятнышка 17-й звездной величины (рис. 7). На самом деле их светимость очень велика, примерно в 10 раз больше, чем у нашей Галактики.

Слабой эта система кажется потому, что она удалена от нас на огромное расстояние — 600 млн световых лет. Однако поток радиоизлучения от Лебедя А на метровых волнах настолько велик, что превышает даже поток радиоизлучения от Солнца (в периоды, когда на Солнце нет пятен). Но ведь Солнце очень близко — расстояние до него «всего лишь» 8 световых минут; 600 млн лет — и 8 мин! А ведь потоки излучения, как известно, обратно пропорциональны квадратам расстояний!

Спектры большинства галактик напоминают солнечный; в обоих случаях наблюдаются отдельные темные линии поглощения на довольно ярком фоне. В этом нет ничего неожиданного, так как излучение галактик — это излучение миллиардов входящих в их состав звезд, более или менее похожих на Солнце. Внимательное изучение спектров галактик много лет назад позволило сделать одно открытие фундаментальной важности. Дело в том, что по характеру смещения длины волны какой-либо спектральной линии по отношению к лабораторному стандарту можно определить скорость движения излучающего источника по лучу зрения. Иными словами, можно установить, с какой скоростью источник приближается или удаляется.

Если источник света приближается, спектральные линии смещаются в сторону более коротких волн, если удаляется — в сторону более длинных. Это явление называется «эффектом Доплера». Оказалось, что у галактик (за исключением немногих, самых близких к нам) спектральные линии всегда смещены в длинноволновую часть спектра («красное смещение» линий), причем величина этого смещения тем больше, чем более удалена от нас галактика.

Это означает, что все галактики удаляются от нас, причем скорость «разлета» по мере удаления галактик растет. Она достигает огромных значений. Так, например, найденная по красному смещению скорость удаления радиогалактики Лебедь А близка к 17 тыс. км/с. Еще двадцать пять лет назад рекорд принадлежал очень слабой (в оптических лучах 20-й величины) радиогалактике 3С 295. В 1960 г. был получен ее спектр. Оказалось, что известная ультрафиолетовая спектральная линия, принадлежащая ионизованному кислороду, смещена в оранжевую область спектра! Отсюда легко найти, что скорость удаления этой удивительной звездной системы составляет 138 тыс. км/с, или почти половину скорости света! Радио галактика 3С 295 удалена от нас на расстояние, которое свет проходит за 5 млрд лет.

Таким образом, астрономы исследовали свет, который был излучен тогда, когда образовывались Солнце и планеты, а может быть, даже «немного» раньше… С тех пор открыты еще более удаленные объекты (гл. 6).

Причины расширения системы, состоящей из огромного количества галактик, мы здесь касаться не будем. Этот сложный вопрос является предметом современной космологии. Однако сам факт расширения Вселенной имеет большое значение для анализа развития жизни в ней (см. гл. 7).

На общее расширение системы галактик накладываются беспорядочные скорости отдельных галактик, обычно равные нескольким сотням километров в секунду.

Именно поэтому ближайшие к нам галактики не обнаруживают систематического красного смещения. Ведь скорости беспорядочных (так называемых «пекулярных») движений для этих галактик больше регулярной скорости красного смещения. Последняя растет по мере удаления галактик приблизительно на 50 км/с, на каждый миллион парсек. Поэтому для галактик, расстояния до которых не превосходят нескольких миллионов парсек, беспорядочные скорости превышают скорость удаления, обусловленную красным смещением. Среди близких галактик наблюдаются и такие, которые приближаются к нам (например, туманность Андромеды М 31).

Галактики не распределены в метагалактическом пространстве равномерно, т. е. с постоянной плотностью. Они обнаруживают ярко выраженную тенденцию образовывать отдельные группы или скопления. В частности, группа из примерно 20 близких к нам галактик (включая нашу Галактику) образует так называемую «местную систему». В свою очередь местная система входит в большое скопление галактик, центр которого находится в той части неба, на которую проектируется созвездие Девы. Это скопление насчитывает несколько тысяч членов и принадлежит к числу самых больших. На рис. 8 приведена фотография известного скопления галактик в созвездии Северной Короны, насчитывающего сотни галактик.

В пространстве между скоплениями плотность галактик в десятки раз меньше, чем внутри скоплений.

Обращает на себя внимание разница между скоплениями звезд, образующими галактики, и скоплениями галактик. В первом случае расстояния между членами скопления огромны по сравнению с размерами звезд, в то время как средние расстояния между галактиками в скоплениях галактик всего лишь в несколько раз больше, чем размеры галактик.

С другой стороны, число галактик в скоплениях не идет ни в какое сравнение с числом звезд в галактиках. Если рассматривать совокупность галактик как некоторый газ, где роль молекул играют отдельные галактики, то мы должны считать эту среду чрезвычайно вязкой.

Как же выглядит Метагалактика в нашей модели, где земная орбита уменьшена до размеров первой орбиты атома Бора? В этом масштабе расстояние до туманности Андромеды будет несколько больше 6 м, расстояние до центральной части скопления галактик в Деве, куда входит и наша местная система галактик, будет порядка 120 м, причем такого же порядка будет размер самого скопления. Радиогалактика Лебедь А будет теперь удалена уже на вполне «приличное» расстояние — 2,5 км, а расстояние до радиогалактики 3С 295 достигнет 25 км…

Мы познакомились в самом общем виде с основными структурными особенностями и с масштабами Вселенной. Это как бы застывший кадр ее развития. Не всегда она была такой, какой мы теперь ее наблюдаем. Все во Вселенной меняется: появляются, развиваются и «умирают» звезды и туманности, развивается закономерным образом Галактика, меняются сама структура и масштабы Метагалактики (хотя бы по причине красного смещения). Поэтому нарисованную статическую картину Вселенной необходимо дополнить динамической картиной эволюции отдельных космических объектов, из которых она образована, и всей Вселенной как целого.

Что касается эволюции отдельных звезд и туманностей, образующих галактики, то об этом речь будет в гл. 4. Здесь мы только скажем, что звезды рождаются из межзвездной газопылевой среды, некоторое время (в зависимости от массы) спокойно излучают, после чего более или менее драматическим образом «умирают».

Открытие в 1965 г. «реликтового» излучения (см. гл. 7) со всей наглядностью показало, что на самых ранних этапах эволюции Вселенная качественно отличалась от своего современного состояния. Главное — это то, что тогда не было ни звезд, ни галактик, ни тяжелых элементов. И, конечно, не было жизни. Мы наблюдаем грандиозный процесс эволюции Вселенной от простого к сложному.

Такое же направление эволюции имеет и развитие жизни на Земле. Во Вселенной скорость эволюции вначале была значительно выше, чем в современную эпоху.

Похоже, однако, что в развитии жизни на Земле наблюдается обратная картина. Это наглядно видно из модели «космической хронологии», представленной в таблице 1, предложенной американским планетологом Саганом. Выше мы довольно подробно развили пространственную модель Вселенной, основывающуюся на выборе того или иного линейного масштаба. В сущности говоря, тот же метод используется в табл. 1. Все время существования Вселенной (которое для определенности принимается равным 15 миллиардам реальных «земных» годов, причем здесь возможна ошибка в несколько десятков процентов) моделируется некоторым воображаемым «космическим годом». Нетрудно убедиться, что одна секунда «космического» года равна 500 вполне реальным годам. При таком масштабе каждой эпохе развития Вселенной ставится в соответствие определенная дата (и время «суток») «космического» года.

Легко видеть, что эта таблица в своей основной части сугубо «антропоцентрична»: даты и моменты космического календаря после «сентября» и, особенно, всего специально выделенного «декабря», отражают определенные этапы развития жизни на Земле. Этот календарь совершенно иначе выглядел бы для обитателей какой-нибудь планеты, обращающейся вокруг «своей» звезды в какой-нибудь удаленной галактике. Тем не менее само сопоставление темпа космической и земной эволюции в высшей степени впечатляюще.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

от сверхскоплений до темной материи

С изучением таких странностей стало понятно, что наши представления о мире были слишком обывательскими и на самом деле все гораздо сложнее. Сейчас исследование космоса настолько интересно и захватывающе, что это можно сравнить с эффектом от наркотического вещества, даже когда мы только предполагаем, что понимаем, как все устроено. На самом деле, конечно, никто не понимает всего, но многие предполагают, что знают, как все устроено. Но все равно хочется знать больше.

Фундаментальная революция в естествознании была бы невозможна без наблюдательных исследований. Так, в 1990-е годы наблюдательные эксперименты противоречили друг другу: в одном направлении Вселенная расширяется с замедлением, причем с разными скоростями, в другом, наоборот, с ускорением. Открытие темной энергии позволило объяснить эти наблюдения.

Карта микроволнового излучения, построенная WMAPИзображение: © Wikipedia.org

В XXI веке два спутника, WMAP и Planck, смогли измерить реликтовое излучение и уровень его неоднородностей. По ним удалось восстановить параметры, которые описывают нашу Вселенную. Благодаря этому мы теперь знаем ее историю с самого начала, кроме первых триллионных долей секунд сразу после Большого взрыва. Поэтому все, о чем обычно рассказывают космологи, — это наблюдательные данные. Космология стала очень точной наукой — точнее, чем физика звезд. Это удивительно. В прошлом веке считалось, что о звездах уже все известно и открывать там практически уже нечего, а сегодня, например, астрофизики активно исследуют роль магнитного поля в формировании звезд. Мы даже не знаем до конца, что происходит внутри Земли, откуда берется это тепло: она должна была остыть давным-давно, но ее тепло до сих пор удерживается. А в космологии можно говорить о точности до долей процентов, и именно это удивительно. Тридцать лет назад нельзя было и предположить, что получится измерить небо с такой точностью. В микроволновом фоне (миллиметровый диапазон длин волн) построена карта с высоким разрешением, и не одна. Все эти карты согласуются друг с другом, и по ним удалось восстановить, как развивалась Вселенная и как она будет эволюционировать в ближайшем будущем.

Самый первый момент существования Вселенной, первые десять в минус тридцать пятой степени секунды, когда из ничего появилось все, сегодня описывает теория инфляции. Ведутся наблюдения, результаты которых должны эту теорию либо опровергнуть, либо подтвердить. Большой вклад в эту идею внесли Алексей Старобинский, Андрей Линде, Алан Гут, Пол Стейнхардт и другие. Много групп сейчас работает и над альтернативными физическими моделями раннего развития Вселенной, например группа Валерия Рубакова.

Многие результаты, подтвержденные наблюдениями, сначала были предсказаны теоретически. Казалось бы, как Эйнштейн мог придумать теорию относительности? Она же совершенно неочевидна. Но ему не нравилось, что при переходе из одной системы координат в другую описание законов природы приходилось менять, и он фактически сделал это описание более красивым. При этом оказалось, что с помощью теории относительности можно объяснить почти все, за исключением новых облачков, связанных, например, с темной энергией, про которую тогда еще не знали. Потом у ОТО стало появляться все больше подтверждений. Точно так же существование реликтового излучения было сначала предсказано группой Георгия Гамова за двадцать лет до того, как его подтвердили экспериментально в наблюдениях лаборатории Bell Арно Пензиас и Роберт Уилсон. Можно отметить, что предсказания возможности и деталей наблюдения реликтового излучения делали Андрей Дорошкевич и Игорь Новиков за год до его открытия. В целом члены группы Якова Борисовича Зельдовича внесли практически доминирующий вклад в понимание формирования крупномасштабной структуры Вселенной, фактически создав современную релятивистскую астрофизику.

Масштабы Вселенной / Интересное / Статьи / Еще / Обо всем

О шкале расстояний в астрономии. Что такое астрономическая единица, световой год, парсек? Что такое параллакс? Что такое цефеиды и сверхновые типа 1а? Что такое «стандартная свеча» в астрономии?

 

Наиболее распространённым типом небесных тел являются звезды.

Невооружённым глазом в безлунную ночь можно видеть над горизонтом около 3 тыс. звёзд.

В настоящее время астрономы определили положения нескольких миллионов звезд и составили их каталоги.

Около 240 звезд имеют собственные имена (Вега, Альтаир, Сириус, Полярная и пр.)

Похожее по теме… Большой взрыв и происхождение ВселеннойО теории Большого взрыва, о космологической инфляции, о чёрных и белых дырах, о космологической сингулярности, о теории относительности и квантовой гравитации, о н

Звезды распределены на небе не равномерно, а отдельными компактными группами – созвездиями. Под созвездиями понимают область неба в пределах некоторых установленных границ. Это сделано для удобства ориентировки на небесной сфере и обозначения звезд. Всё небо разделено на 88 созвездий.

Группы звёзд в созвездиях имеют устойчивую конфигурацию, т.е. взаимное расположение звезд в созвездии не изменяется с течением времени.

Есть три группы созвездий по происхождению их названий:

1. Связанные с древнегреческой мифологией

2. Связанные с предметами, на которые похожи фигуры, образуемые яркими звездами созвездий (Стрела, Треугольник, Весы, Лев, Рак, Скорпион, Большая медведица и др.)

Иногда в созвездии выделяют группу звезд с названием, отличным от названия созвездия – астеризм (например, Ковш в созвездии Малая Медведица).

 Гигантские звёздные системы, состоящие из сотен миллиардов звёзд образуют галактику.

Солнечная система и окружающие её звезды составляют ничтожную часть нашей Галактики – Млечный Путь.

Ближайшие соседи нашей Галактики – Туманность Андромеды, Большие Магеллановы облака и Малые Магеллановы облака.

Кроме звёзд в состав галактик входят туманности – газопылевые скопления (межзвёздный газ, состоящий из атомарного водорода, и космическая пыль)

Американский астрофизик Э. Хаббл предложил следующую классификацию галактик:

Эллиптические галактики имеют форму сплюснутых сфероидов. Состоят в основном из старых звезд.

Спиральные галактики имеют форму спирали (Млечный Путь, Туманность Андромеды). В рукавах спиральных галактик находятся молодые звезды, идут процессы образования новых звезд.

Галактики неправильной формы (Магеллановы облака). Имеют разнообразную форму.

 

 Млечный Путь относится к типу спиральных галактик, содержит около 150 миллиардов звезд (Солнцу около 4-4,5 млрд лет). 95% массы Галактики расположено около галактической плоскости. Поэтому если смотреть с торца, млечный Путь сосредоточен почти в одной плоскости. Экваториальная плоскость окружена звёздными скоплениями, которые называют «шаровыми скоплениями».

 Пространство между галактиками и звездами внутри галактик заполнено очень разреженным веществом: межзвёздным газом, космической пылью, элементарными частицами, а также электромагнитным излучением.

В каждом кубическом сантиметре межзвездноо пространства в среднем находится один атом вещества. Для сравнения, в воздухе при нормальных условиях около 10¹⁹ молекул в 1 см³.

При самом высоком вакууме, который может быть получен в лабораторных условиях (порядка 10^-12 мм. рт. ст.) в 1 см³ содержится сто тысяч молекул.

Расстояния между звездами внутри галактик значительно больше размеров самих звезд.

Расстояния между галактиками сравнимы с размерами самих галактик.

 

 Масштабы Вселенной столь велики, что использовать единицы длины, принятые в СИ, неудобно. Например, размеры нашей Галактики таковы, что луч света, распространяясь со скоростью 300000 км/с проходит расстояние от одного ее края до другого за сто тысяч лет.

В старой научной литературе:

Астрономическая единица (1 а.е.) – средний радиус орбиты Земли при её обращении вокруг Солнца.

1 а.е. = 150 млн км (расстояние от Солнца до Земли)

Наиболее удалённая от Солнца планета, Плутон, отстоит от него на расстоянии 40 а.е. Это размер Солнечной системы.

В популярной литературе:

Световой год – расстояние, которое свет проходит за одни земной год.

1 с.г. = 10000 млрд км = 10 трлн. км.

В современной научной литературе:

Парсек (пк) – параллакс-секунда.

Секунда – единица измерения угла.

Параллакс – видимое изменение положения предмета вследствие перемещения точки наблюдения.

В астрономии различают:

· Суточный параллакс

· Годичный параллакс

· Вековой параллакс (оборот Солнца относительно ядра галактики)

По параллаксу небесных светил методами тригонометрии определяют расстояние до этих светил.

Парсек – расстояние, с которого радиус земной орбиты виден под углом в одну угловую секунду.

1 пк = 206265 а.е. = 3,3 с.г. = 33 мрлн км.

 Самая близкая к Солнцу звезда – Проксима Центавра удалена от него на 1,3 пк.

Солнце удалено от центра нашей Галактики на расстояние 8000 пк.

Диаметр Млечного Пути составляет 40000 пк.

Самая близкая звезда в созвездии Андромеды находится на удалении 720000 пк.

Средняя плотность галактик в наблюдаемой части Вселенной – около 8-10 тысяч на один кубический миллион парсеков.

Типичная скорость относительного движения галактик – коло 1000 км/с

Оценочное время вероятного столкновения галактик составляет около 10¹³ лет, что больше времени существования Вселенной в 1400 раз.

Пошаговое путешествие во Вселенной.

Следующий шаг больше предыдущего в 10000 раз. Сколько шагов до края Вселенной?

1й шаг – 4 м, потолок; 2й – 40 км, стратосфера; 3й – 400000 км, луна; 4й – 40 млрд км, граница Солнечной системы; 5й – 4,3 с.г., Альфа-Центавра; 6й – 40000 с.л., ядро Галактики; 7й – 400 млн с.л., центр космоса; 8й не получится – 40 млрд с.л. – но Вселенная родилась лишь 15 млрд лет назад.

История и структура Вселенной (инфографика)

Освещенная Вселенная

Иллюстрация: Карл Тейт, основанный на фотографии Галактики M74 (NASA, ESA и Hubble Heritage Collaboration) и гравюре «Пробуждение паломника» из книги Камиллы Фламмарион «Атмосфера: популярная метеорология», 1888

Наше путешествие к пониманию природы нашей Вселенной началось тысячи лет назад и уходило корнями в религию и философию. Около 2300 лет назад внимательные наблюдатели в Средиземном море пришли к выводу, что Земля должна быть круглой и вращаться вокруг Солнца.

Однако, поскольку эти ранние теории не могли быть доказаны, они не могли противостоять более лестному представлению о том, что Земля находится в центре всего и что космос существует для поддержки человеческой жизни и судьбы.

Когда примерно 1900 лет спустя итальянский астроном Галилео Галилей изобрел астрономический телескоп, наконец стало возможным проводить точные наблюдения за планетами и звездами. Возникла наука о строении и истории Вселенной, получившая название «космология». ПЕРВЫЙ ВВЕРХ: что мы знаем сейчас >>

Чтобы создать вселенную в том виде, в каком мы ее знаем сегодня, потребовалось чуть больше семи дней. SPACE.com рассматривает тайны небес в нашей серии из восьми частей: История и будущее Космоса. Это четвертая часть этой серии.

Энчилада целиком

Научный институт космического телескопа Хаббла

Наше текущее понимание истории Вселенной визуализировано выше, время идет слева направо.Мы думаем, что сразу после своего создания во время Большого взрыва Вселенная резко расширилась — событие, называемое инфляцией.

Наша Земля образовалась, когда Вселенной было около 9,2 миллиарда лет. Расширение Вселенной продолжается сегодня и ускоряется. В этой серии инфографики мы сначала рассмотрим структуру Вселенной во все большем и большем масштабе и узнаем немного о том, как мы пришли к нашему нынешнему пониманию ее. Во второй части нашей последовательности мы начнем с Большого взрыва и продвинемся вперед во времени, чтобы увидеть, как Вселенная развивалась до наших дней. ДАЛЕЕ: Первая остановка, Земля >>

Земля круглая

Изображение Земли: НАСА; Портрет Эратосфена: неизвестный художник

Наша первая остановка — планета, которую мы называем домом. Знание о том, что Земля имеет форму шара, на самом деле довольно старое.

Около 2500 лет назад греческие путешественники сообщали, что разные созвездия были видны в небе, когда кто-то уходил далеко на север или юг. Внимательные наблюдатели также заметили бы, что во время лунного затмения тень, отбрасываемая Землей, имеет округлый край.Несколько столетий спустя ученый Эратосфен оценил размер Земли, отметив разницу между длиной теней, отбрасываемых Солнцем в местах на расстоянии нескольких сотен миль друг от друга.

Предположив, что солнце находится так далеко, что его лучи света параллельны, Эратосфен мог использовать простую геометрию для вычисления окружности Земли. Неизвестно, насколько точным было его измерение, но оно могло отличаться от истинного значения не более чем на несколько процентных пунктов. СЛЕДУЮЩИЙ: Солнечная система >>

Земля — ​​планета

Карл Тейт, SPACE.com; Портрет Иоганна Кеплера: неизвестный художник

Теперь мы отступаем, чтобы увидеть Землю в контексте внутренней солнечной системы. Ранние идеи о движении Солнца, Земли и планет были выведены из теологических, астрологических и философских представлений о том, как Бог должен был управлять миром.

Польский астроном Николай Коперник вызвал бурю негодования в середине XVI века, предположив, что Земля вращается вокруг Солнца, а не Солнце, как учили лидеры христианства, вокруг Земли.На протяжении веков считалось, что планеты движутся, потому что они были встроены во вложенные «кристаллические сферы», которые вращались вокруг центральной точки.

Однако в 16 веке было замечено, что кометы двигались таким образом, что разбивали их через эти кристаллические сферы. Замена сфер была идеей «эпициклов», кругов, наложенных на круги, математически влияющих друг на друга, что приводит к наблюдаемым движениям планет.

Наконец, в 1609 году немецкий математик Иоганнес Кеплер опубликовал свои теории движения планет, в которых было установлено, что тела в нашей солнечной системе движутся по орбитам, имеющим форму овалов, а не кругов. СЛЕДУЮЩИЙ: Планеты — это другие миры >>

Планеты — это миры

Карл Тейт, SPACE.com; Галилео Галилей: портрет Оттавио Леони

С самых ранних эпох человеческой предыстории считалось, что вся вселенная включает только элементы, видимые невооруженным глазом: Землю, ее луну и солнце, пять движущихся точек света, которые назывались «планеты» плюс далекая сфера, на которой были расположены звезды и светящаяся полоса Млечного Пути.

Теории астрологии, а позже и астрономии были разработаны для объяснения движения этих небесных объектов, но об их истинной природе можно было только догадываться.Когда в 1609 году итальянский астроном Галилей, наконец, натренировал грубый телескоп на небе, он обнаружил, что планеты — это другие миры. Было обнаружено, что у некоторых из этих миров есть собственные луны.

С помощью телескопа в нашей Солнечной системе были открыты ранее неизвестные планеты: Уран в 1781 году и Нептун в 1846 году. С помощью телескопа стало возможным изучать более мелкие тела, такие как кометы и астероиды, а также звезды и туманности на далекая небесная сфера. СЛЕДУЮЩИЙ: Море звезд >>

Звезды — это Солнца

Схема местных звезд: Карл Тейт, основанная на графике данных общественного достояния; Портрет Фридриха Бесселя: Кристиан Альбрехт Йенсен

В 17 веке изобретение телескопа Галилеем и открытие законов движения Кеплером привело к осознанию того, что звезды подобны Солнцу, подчиняясь одним и тем же законам физики. В XIX веке спектроскопия — изучение длин волн света, излучаемого объектами, — позволила исследовать газы, из которых состоят звезды.

В 19 веке ученые также придумали, как измерять расстояния до звезд. Когда объект рассматривается с разных точек обзора, кажется, что объект смещается относительно более отдаленного фона. Сдвиг называется «параллакс». Поскольку Земля вращается вокруг Солнца, она обеспечивает изменяющуюся точку обзора для наблюдения за звездами. Поскольку звезды намного дальше, чем объекты в нашей солнечной системе, сдвиг параллакса очень мал и его трудно измерить.

Немецкий математик и астроном Фридрих Бессель был первым, кто успешно измерил параллакс звезды 61 Лебедя и оценил ее расстояние от Земли в 10.4 световых года. (Более поздние оценки скорректировали это расстояние до 11,4 световых лет.) NEXT: Галактика и темная материя >>

Галактика, удерживаемая вместе темной материей

Млечный Путь Карта галактики: Роберт Хёрт; Фотография Фрица Цвикки, сделанная на кафедре астрономии

Университета Вирджинии. Расположение нашей галактики трудно понять с нашей точки обзора, которая в нее встроена. Изучая формы далеких галактик и тщательно измеряя объекты, которые мы видим в нашей собственной галактике, мы пришли к выводу, что наша галактика представляет собой спиральную галактику с перемычкой.

Центральное ядро ​​в форме стержня, состоящее из звезд (и содержащее очень большую черную дыру), окружено спиральными рукавами, также образованными из звезд, газа и пыли. Мы находимся в отроге или ответвлении, протянувшемся между основными спиральными рукавами. Точная конфигурация спиральных рукавов все еще обсуждается астрономами, но недавний опрос показал, что наша галактика Млечный Путь имеет два основных рукава, которые разветвляются на четыре рукава наружу.

Считается, что спиральные рукава нашей галактики представляют собой волну плотности, которая движется по плоскому диску.Материал собирается в пучки, а вдоль рукавов образуются звезды. Все в галактике вращается вокруг ее центра, и рукава не являются твердыми структурами. Наша Солнечная система входит в спиральные рукава и выходит из них по орбите.

При изучении вращения галактик было отмечено, что они не вращаются, как мы ожидаем, исходя из гравитационного притяжения материи, которую мы видим. Швейцарский астроном Фриц Цвикки предположил в 1934 году, что должно быть большое количество невидимой или «темной» материи, что делает спиральные галактики более массивными, чем они кажутся.

С тех пор астрофизики начали искать эту темную материю, часто предполагая, что она может состоять из экзотических частиц, не похожих на все, что мы знаем о Земле. Текущие оценки показывают, что наша Вселенная в основном состоит из неизвестных форм темной материи и темной энергии, причем знакомые атомы составляют лишь крошечную долю от общего количества. СЛЕДУЮЩИЙ: Галактики, заполненные звездами >>

Галактики состоят из звезд

Млечный Путь Карта галактики: Роберт Хёрт; Фотография Эдвина Хаббла через NASA

Млечный Путь, слабая полоса света, охватывающая небо, была известна на протяжении всей истории.Его истинная природа не была открыта до 17 века, когда Галилео Галилей изучил Млечный Путь с помощью телескопа и определил, что лента состоит из множества звезд. В небе можно увидеть небольшие нечеткие блики; их назвали туманностями.

К 18 веку предполагалось, что Млечный Путь представляет собой огромную систему звезд, связанных гравитацией, но природа туманностей оставалась неизвестной. Они могли быть небольшими облаками газа внутри Млечного Пути или, возможно, находились вне нашей галактики.Невозможно было доказать, составляет ли Млечный Путь всю вселенную.

Используя недавно построенный 100-дюймовый телескоп в обсерватории Маунт Вильсон в Калифорнии, американский астроном Эдвин Хаббл изучил звезды, называемые цефеидами, которые становятся ярче и тусклее в зависимости от их собственной яркости, что делает их пригодными для использования в качестве критерия при оценке космического пространства. расстояния. В статье 1925 года Хаббл пришел к выводу, что некоторые из туманностей были внешними по отношению к Млечному Пути и сами по себе были гигантскими галактиками, открывая Вселенную, намного большую, чем наша собственная галактика. ДАЛЕЕ: Вселенная организована >>

Массивная организация

Диаграмма: Карл Тейт на основе иллюстрации НАСА; Фотография Брента Талли сделана Институтом астрономии Гавайского университета

Во второй половине XIX века впервые было замечено, что в созвездии Девы есть большая группа туманностей. Позже было обнаружено, что эти туманности представляют собой отдельные галактики за пределами нашего Млечного Пути.

Сто лет спустя астрономы предположили, что видимое выравнивание этих галактик могло указывать на более высокий уровень космической структуры, по-разному называемый «метагалактикой» или «сверхскоплением».«В 1982 году астроном Р. Брент Талли опубликовал анализ расстояний до галактик, входящих в сверхскопление, показав, что они действительно были частью более крупной организации.

Расстояния были определены путем учета красного смещения спектров света от галактик. (См. «Нулевое время: Большой взрыв» далее в этой галерее для более полного объяснения красного смещения.) СЛЕДУЮЩИЙ: Крупнейшие структуры в космосе >>

Самые большие структуры в космосе

Предоставлено: 2dF Galaxy Redshift Survey, Anglo -Австралийская обсерватория; фотография Маргарет Геллер, сделанная кафедрой Гарвардского университета.of Astronomy

Самые большие известные нам структуры — это галактические волокна, также называемые комплексами сверхскоплений, которые окружают обширные пустоты в космосе. Галактики в нити накала связаны гравитацией.

Когда первое из этих строений было обнаружено Маргарет Геллер и Джоном Хухрой в 1989 году, оно было названо «Великой китайской стеной». Гораздо более крупное сооружение, «Великая стена Слоуна», было обнаружено в 2003 году Дж. Ричардом Готтом III и Марио Юричем.

Текущее исследование крупномасштабной структуры Вселенной использует данные, собранные с помощью обзоров красного смещения, таких как Sloan Digital Sky Survey.В этих усилиях используются датчики цифровых камер для фотографирования областей неба, захвата миллионов удаленных объектов вместе с данными, необходимыми для их отображения в трехмерном пространстве. СЛЕДУЮЩИЙ: дальше всего, что мы можем увидеть >>

Максимально возможное расстояние, которое мы можем увидеть

Моделирование наблюдаемой Вселенной: Карл Тейт, SPACE.com; Фотография Алана Гута сделана из Брукхейвенской национальной лаборатории

Наблюдаемая Вселенная — это все, что мы можем обнаружить. Это сфера диаметром 93 миллиарда световых лет с центром на Земле.Мы не можем воспринимать всю Вселенную сразу из-за медленности скорости света по сравнению с огромным масштабом Вселенной.

Когда мы смотрим в космос, мы видим объекты такими, какими они были в более ранние и ранние времена истории. Кроме того, из-за ускоряющегося расширения Вселенной далекие объекты находятся намного дальше, чем мы думаем по их возрасту. Например, край наблюдаемой Вселенной оценивается примерно в 46 миллиардов световых лет от нас, хотя сама Вселенная находится всего в 13.7 миллиардов лет.

Истинные размеры Вселенной неизвестны. Она может быть намного больше наблюдаемой Вселенной — возможно, даже бесконечно большой. Однако свет из самых далеких регионов никогда не достигнет нас; пространство, через которое он должен пройти, просто расширяется слишком быстро.

Наша нынешняя картина наблюдаемой Вселенной во многом обязана американскому физику Алану Гуту, который в 1980-х годах выяснил, как Вселенная, похожая на нашу, могла возникнуть в результате события Большого взрыва, которое ее породило.Затем мы переустановим часы на нулевое время и посмотрим, как Вселенная развивалась от своего начала до сегодняшнего дня. СЛЕДУЮЩИЙ: Большой взрыв >>

,

WMAP Формирование структур Вселенной

Астрономы наблюдают значительную структуру во Вселенной, от звезд до галактик и скопления и сверхскопления галактик. Знаменитое «изображение глубокого поля», сделанное Космический телескоп Хаббла, показанный ниже, обеспечивает потрясающий вид на такую ​​структуру. Как образовались эти структуры? Теория Большого взрыва широко считается успешной теорией космологии, но теория неполна. Оно делает не учитывать необходимые колебания для создания структуры, которую мы видим.Большинство космологов считают, что галактики, которые мы наблюдаем сегодня, выросли из-за гравитационного притяжения малых флуктуации почти однородной плотности ранней Вселенной. Эти колебания оставляют отпечаток в космическом микроволновом фоновом излучении в виде колебаний температуры от точки к точка по небу. Спутник WMAP измеряет эти небольшие колебания температура космического микроволнового фонового излучения, что, в свою очередь, свидетельствует о раннем этапы формирования структуры.

Изображение Hubble Deep Field:

Пресс-релиз HST с описанием этого изображения

В своей простейшей форме теория Большого взрыва предполагает, что материя и излучение равномерно распределены по всей вселенной, и что общая теория относительности действительный. Хотя это может объяснить существование космическое микроволновое фоновое излучение и объясните происхождение световых элементов, это не объясняет существование галактик и крупномасштабной структуры. Решение структурной проблемы должен быть встроен в теорию Большого взрыва.

Гравитационное образование конструкции

Большинство космологов считают, что галактики, которые мы наблюдаем сегодня, выросли гравитационно. из-за небольших колебаний плотности Вселенной через следующую последовательность событий:

• Когда Вселенная была в одну тысячную часть своего нынешнего размера (примерно через 500000 лет после Большой взрыв), плотность материи в области пространства, в которой сейчас находится Млечный Путь, наша родная галактика, возможно, была на 0,5% выше, чем в соседних регионах.Поскольку его плотность была выше, эта область пространства расширялась медленнее, чем окружающие области.
• В результате этого более медленного расширения его относительная избыточная плотность выросла. Когда Вселенная была в 100 раз меньше нынешнего размера (примерно через 15 миллионов лет после Большого взрыва), наша область пространства, вероятно, была на 5% плотнее, чем окружающие области.
• Этот постепенный рост продолжался по мере расширения Вселенной. Когда вселенная была одной пятая от нынешнего размера (примерно 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва), наша область космоса был, вероятно, вдвое плотнее соседних регионов.Космологи предполагают, что внутреннее части нашей Галактики (и подобных галактик) были собраны в это время. Звезды в внешние области нашей Галактики, вероятно, были собраны в более недавнем прошлом. Некоторые космологи подозревают, что некоторые из объектов, недавно обнаруженных космосом Хаббла Телескоп может представлять собой формирование галактик.

HST-изображения галактик в формировании?

Пресс-релиз HST с описанием этого изображения

Наблюдение за этими небольшими колебаниями

Крошечные вариации плотности материи в ранней Вселенной оставляют отпечаток в космическое микроволновое фоновое излучение в виде колебания температуры от точки к точке через небо.Эти колебания температуры незначительны: одна часть неба может иметь температура 2,7251 Кельвина (градусы выше абсолютного нуля), в то время как другая часть может иметь температура 2,7249 Кельвина. Исследователь космического фона НАСА (СОВЕ) спутник обнаружил эти крошечные колебания на больших угловых масштабах. WMAP повторно меры колебания как с более высокими угловыми разрешение и чувствительность. Страница сводки миссии предлагает быстрое введение в то, как WMAP достигает этой чувствительности — более подробная информация доступна на странице технической информации.

Что вызвало эти небольшие колебания?

Хотя гравитация может усиливать крошечные колебания, наблюдаемые в ранней Вселенной, она не может производят эти колебания. Космологи размышляют о новой физике, необходимой для создания изначальные колебания, которые сформировали галактики. Две популярные идеи:

Эти разные теории делают очень разные предсказания относительно свойств флуктуации космического микроволнового фона. Например, инфляционная теория предсказывает, что самые большие колебания температуры должны иметь угловой масштаб в один градус, а модели дефектов предсказывают меньшую характеристику масштаб.WMAP с его превосходной чувствительностью указывает на то, что инфляционная модель более скорее всего.

Узнайте больше о формировании структуры на этих сайтах:

The Sloan Digital Sky Survey (SDSS)
Эта группа планирует нанести на карту положения более 100 миллионов галактик и определить расстояния до более миллиона галактик и квазаров. Усилия произведут наибольшую (известный) обзор космической структуры Вселенной на сегодняшний день. Вы можете узнать больше о подробности SDSS, посетив их домашнюю страницу в Fermilab.

Консорциум Девы
Консорциум Девы — международная группа ученых, занимающихся компьютерное моделирование образования галактик, скоплений галактик, крупномасштабной структуры, и об эволюции межгалактической среды. Хотя большинство участников консорциума являются британскими, есть важные узлы в Канаде, США и Германии.

Вашингтонский университет N-Body Shop
Эта группа создает программные симуляции для изучения крупномасштабных структурных образований и формирование планеты, и разместите интересную галерею изображений.

Космический телескоп Хаббла
HST смог наблюдать далекие галактики и изучать образование и эволюцию галактик. Хорошо известное изображение, изображающее это, — Изображение Hubble Deep Field опубликовано 15 января 1996 года.

,

% PDF-1.5 % 766 0 объект> endobj Xref 766 99 0000000016 00000 н. 0000003219 00000 н. 0000002276 00000 н. 0000003284 00000 н. 0000003417 00000 н. 0000003476 00000 н. 0000003567 00000 н. 0000004505 00000 н. 0000004700 00000 н. 0000005446 00000 н. 0000005612 00000 н. 0000005654 00000 н. 0000005698 00000 п. 0000006497 00000 н. 0000006533 00000 н. 0000007258 00000 н. 0000007294 00000 н. 0000008109 00000 н. 0000008294 00000 н. 0000009207 00000 н. 0000009392 00000 п. 0000010365 00000 п. 0000010550 00000 п. 0000011538 00000 п. 0000011723 00000 п. 0000012691 00000 п. 0000012876 00000 п. 0000013854 00000 п. 0000014039 00000 п. 0000015018 00000 п. 0000015203 00000 п. 0000016134 00000 п. 0000016319 00000 п. 0000017207 00000 п. 0000017392 00000 п. 0000018321 00000 п. 0000018506 00000 п. 0000019489 00000 п. 0000019674 00000 п. 0000020548 00000 н. 0000020733 00000 п. 0000021691 00000 п. 0000021876 00000 п. 0000022486 00000 п. 0000022671 00000 п. 0000023647 00000 п. 0000023830 00000 п. 0000024104 00000 п. 0000024289 00000 п. 0000025140 00000 п. 0000025325 00000 п. 0000026268 00000 п. 0000026453 00000 п. 0000027380 00000 п. 0000027565 00000 п. 0000028538 00000 п. 0000028723 00000 п. 0000029673 00000 п. 0000029858 00000 п. 0000030850 00000 п. 0000031035 00000 п. 0000032011 00000 п. 0000032196 00000 п. 0000033129 00000 п. 0000033314 00000 п. 0000034219 00000 п. 0000034404 00000 п. 0000035284 00000 п. 0000035469 00000 п. 0000036332 00000 п. 0000036517 00000 п. 0000037181 00000 п. 0000037366 00000 п. 0000037959 00000 п. 0000038144 00000 п. 0000038777 00000 п. 0000038962 00000 п. 0000039423 00000 п. 0000039608 00000 п. 0000040077 00000 п. 0000040262 00000 п. 0000040978 00000 п. 0000041163 00000 п. 0000042145 00000 п. 0000042330 00000 п. 0000043016 00000 п. 0000043201 00000 п. 0000044064 00000 п. 0000044249 00000 п. 0000044713 00000 п. 0000044898 00000 п. 0000045748 00000 п. 0000045933 00000 п. 0000046846 00000 п. 0000047031 00000 п. 0000047993 00000 п. 0000048178 00000 п. 0000070649 00000 п. 0000071332 00000 п. прицеп ] >> startxref 0 %% EOF 768 0 obj> поток xb«`e`Te2 @ C & |

.

Scale of Universe Archives — Scale of the Universe

https://xkcd.com/2135/

Черные дыры — это огромные, уничтожающие материю объекты, которые, кажется, бросают вызов физике самим своим существованием. Они настолько странные, что когда уравнения Альберта Эйнштейна впервые предсказали существование этих зверей, он не поверил, что они действительно могут быть реальными.

И вы действительно не можете его винить, потому что мысль о том, что у нас есть эти сингулярности пространства-времени, намеревающиеся поглотить всю материю вокруг них, разбросанную по всему нашему космическому заднему двору, довольно сложно осмыслить.

Самые маленькие скульптуры из когда-либо созданных

Джонти Гурвиц — художник, инженер и предприниматель, который намеревался создать наноскульптуры, самые миниатюрные скульптуры в мире, — но в этом научном подвиге искусства нет ничего мелкого.

https://cosmosmagazine.com/technology/smallest-sculptures-ever- made

млн и простирается на всю длину страны. Солнце представлено ареной Globe в Стокгольме, крупнейшим сферическим зданием в мире.Планеты размещены и имеют размер в соответствии с масштабом, внутренние планеты находятся в Стокгольме, а Юпитер — в международном аэропорту Арланда. Внешние планеты следуют в одном направлении с Сатурном в Упсале и Плутоном в Дельсбо, в 300 км от Земного шара. Модель заканчивается на конечной толчке, в 950 км от Солнца.

На каждой планетной станции экспонаты предоставляют информацию об астрономии и естественных науках, а также о связанной с ними мифологии и культуре. Совет посетителей Стокгольма (бывшая Стокгольмская информационная служба) был спонсором проекта с самого начала, как и несколько музеев, театров, парков и научных учреждений.

Самое большое в мире сферическое здание имеет диаметр 110 м. Глобус в Стокгольме (он же Глобус Эрикссона) представляет Солнце в Солнечной системе Швеции.

Прочитать всю историю на imgur

От масштаба Планка до космического масштаба сравнение размеров Вселенной покажет вам, насколько велика наша Вселенная! Это обновление моего предыдущего видео сравнения размеров, опубликованного в тот же день в 2015 году.

Первая песня: Nexus3music: Neksus — Lights Out (https://www.youtube.com/watch?v=Sf2Zs…)

Вторая песня: Nexus3music: Neksus — 1969 (https://www.youtube.com/ watch? v = k4yDa…)

Третья песня: Росс Бугден: ♩ ♫ Epic and Dramatic Music ♪ ♬ — Flight Hymn (Copyright and Royalty Free) (https://www.youtube.com/watch?v=XCr0b…)

Изображение, песни и видео предоставлены: https://drive.google.com/file/d/0B1Ms…

По сравнению с версией 2015 года есть много улучшений, в том числе анимированные блики объектива, одно полное увеличение от гелия до наблюдаемого. Вселенная без вырезанных изображений, описания для каждой картинки, лучшие модели звезд, более точное масштабирование, удаленная Вселенная из-за отсутствия научных источников и многое другое!

http: // i.imgur.com/tLp3iDO.gifv ”>

Полный текст урока: http://ed.ted.com/lessons/what-we-can…

Подросток Генри Линь выглядит весело и взволнованно. на что-то неожиданное в небе: скопления галактик. По словам победителя Intel Science Fair, изучая свойства самых больших частей Вселенной, мы можем многое узнать о нашем собственном мире и галактике.

Выступление Генри Лина.

Как мы узнаем, сколько лет Солнцу? из Beakus на Vimeo.

Beakus получили заказ на создание трех анимационных фильмов, которые объясняют ключевые концепции нашей вселенной, с юмором, помогающим объяснить «почти» необъяснимое! Режиссер Амаэль Иснард также разработал фильмы.
В статье «Как мы узнаем, сколько лет Солнцу?» Астроном ROG Брендан объясняет, как мы определяем возраст нашей Солнечной системы по космическим камням и как мы можем вычислить, сколько времени осталось Солнцу, прежде чем оно поглотит внутренние планеты.

Загружено 15 декабря 2009 г.
Известная Вселенная переносит зрителей из Гималаев через нашу атмосферу и чернильный черный космос в послесвечение Большого взрыва.Каждая звезда, планета и квазар, увиденные в фильме, возможны благодаря самой полной в мире четырехмерной карте Вселенной — Цифровому Атласу Вселенной, который поддерживается и обновляется астрофизиками в Американском музее естественной истории. Новый фильм, созданный музеем, является частью выставки «Видения космоса: от Млечного океана до развивающейся Вселенной» в Художественном музее Рубина на Манхэттене до мая 2010 года.

Данные: Digital Universe, Американский музей естествознания
http: // www.haydenplanetarium.org/univ…

Программное обеспечение для визуализации: Uniview by SCISS

Режиссер: Картер Эммарт
Куратор: Бен Р. Оппенгеймер
Продюсер: Майкл Хоффман
Исполнительный продюсер: Ро Кинзлер
Сопредседатель: Мартин Брауэн
Менеджер по цифровым технологиям Атлас вселенной: Брайан Эбботт

Музыка: Suke Cerulo

Чтобы стать участником этого видео, посетите http://HeyLookThatsMe.com

Создано в Blender, с разрешением 1920 × 1080, 25 кадров в секунду.
________________________
FAQ:

Что это за синий квадрат в конце?
Это река / ров вокруг храма Ангкор Ватт в Камбодже.

Каждая деталь точна?
Это точное руководство к тому, «что вы найдете». Например, настоящие атомы в основном заполнены пустым пространством, но я показал множество безумных закономерностей, потому что есть квантовые флуктуации и поля вероятности, которые делают атомы увлекательными связями с бесконечными возможностями.

Можете ли вы сделать видео, которое увеличивает масштаб чего-либо еще?
Да! Я могу поменять человека за шестьдесят долларов, или совершенно новое видео стоит тысячу долларов.Это лишь малая часть того, что мне стоит сделать, если предположить, что я плачу себе минимальную заработную плату. Для такого полного видео требуется пятьдесят изображений с высоким разрешением, и каждое из них нужно искать в день (потому что мне нужны изображения без лицензионных отчислений по гораздо более низким ценам). Затем еще один день, чтобы легко отредактировать следующее изображение. Затем на сборку готового видео уходит пара недель, в основном потому, что Blender не предназначен для подобных вещей, и требуется время, чтобы настроить эти сплайновые кривые. Ему действительно нужен Adobe AfterEffects, но это стоит целого состояния.Таким образом, каждое новое видео требует четырех месяцев квалифицированной работы. Но я с радостью сделаю это, если вы захотите заплатить!
________________________
Юридические вопросы:
________________________
Музыка:
В этом видео используются три фрагмента. По порядку они следующие:
«Призраки» Мэтью Милна из проекта «Публичная музыка» Логана Лейстикова. PMP был сайтом, посвященным предоставлению бесплатной (и бесплатной) музыки для подобных проектов. Милн подтвердил по электронной почте, что он счастлив, что я использую эту деталь. Он отличный парень.

«Карнавал братьев Тенебрус — Русалка» и «Долгая дорога впереди» Кевина МакЛеода из http://Incompetech.com. МакЛеод — покровитель бедствующих ютуберов, бесплатно предоставляя качественную музыку без лицензионных отчислений. Посетите его сайт!

Музыка была объединена с помощью Audacity. Audacity и Blender (и GIMP для искусства) бесплатны и имеют открытый исходный код.

________________________
Art:
Все изображения либо созданы мной, являются общественным достоянием, либо основаны на Creative Commons «только авторство, разрешены производные» или аналогичной лицензии.Некоторые из них являются «общедоступными», но лицензия YouTube не позволяет скачивать. Поэтому, если вы хотите получить бесплатную копию этого видео для ваших собственных гибридных приложений, свяжитесь со мной, и я пришлю его по электронной почте.

«Глаз крупным планом», автор: Ben Mortimer Photography.

«Моя левая сетчатка» Мартина Катрэ

Изображения электронной микроскопии из Дартмутского колледжа (общественное достояние) Спасибо, Дартмут!

Маленькие молекулы, генерируемые Gimp (плагин мраморного безумия)

Большие молекулы: «затмения» и «OBAFGKM» от fdecomite

Детали субатомных фракталов, визуализированные в Apophysis с использованием данных, адаптированных из пламени с помощью «mutequacky» (красивое центральное изображение ) и «кугель».

Галактики: комбинация многочисленных изображений, являющихся общественным достоянием НАСА. Например. Основное изображение Млечного Пути адаптировано из «космологического шедевра» и «Хаббл снимает тяжеловес» НАСА / Годдарда, загруженных на их учетную запись Flickr в рамках Creative Commons 2.0.

Звездные поля: случайные звезды, созданные в GIMP.

Планета Земля: общедоступные изображения из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в рамках проекта Visible Earth.

Камбоджа из космоса: изображения в открытом доступе, полученные через обсерваторию Земли НАСА.

Ангкор-Ватт с воздуха: от «jurvetson» и несколько фото от «oldandsolo»

Крупный план зданий Ангкора: Виктория Пекхэм, «alex.ch» и «материал Майкла Кларка»

Корни деревьев от «reibai »

Детали дверей от« David A. Villa »и« mckaysavage »

Неподвижные изображения были адаптированы и объединены в Photoshop Elements 5 и GIMP.

.