2020-05-11
364
Галактики излучают радиоволны. Радиоизлучение исходит от нейтрального водорода на длине волны 21 см, а также от ионизованного горячего водорода в светлых туманностях. Кроме того, галактики служат источниками нетеплового (синхротронного) радиоизлучения, происходящего от торможения очень быстрых электронов магнитным полем галактик. Радиогалактики отличаются очень мощным синхротронным излучением. Замечательно, что чаще всего радиогалактика имеет два очага радиоизлучения, расположенные по обе стороны от оптически видимой галактики.
На месте некоторых радиоисточников нашли объекты, неотличимые на фотографиях от очень слабых звезд. В их спектре имеются яркие б линии со значительным красным смещением. В некоторых случаях это линии, обычно наблюдаемые в ультрафиолетовой области спектра, смещенные в его видимую часть. Красное смещение их так велико, что ему соответствуют расстояния в миллиарды световых лет. Эти объекты, названные квазизвездным и (звездоподобными) источниками радиоизлучения или квазарами, являются самыми далекими небесными телами, расстояние до которых удалось определить. Ярчайший из квазаров выглядит как звезда 13-й звездной величины, но по светимости квазары оказываются в сотни раз ярче, чем гигантские галактики. Остается неясным происхождение колоссальных потоков энергии, излучаемой ими в виде света и в виде радиоволн. Наблюдения свидетельствуют, что квазары сходны по своей природе с активными ядрами галактик и, вероятно, являются ядрами очень далеких звездных систем.
|
|
|
Вся наблюдаемая система галактик и их скоплений называется Метагалактикой. В Метагалактике действует закон красного смещения Хаббла, и признано, что это смещение действительно отражает движение галактик. А это означает, что галактики удаляются от нас (и друг от друга) во все стороны, и тем быстрее, чем они от нас дальше. Этот процесс захватывает всю наблюдаемую часть Вселенной, а возможно, и всю Вселенную, и потому его назвали расширением Вселенной. На возможность расширения Вселенной впервые указал в своих теоретических работах советский ученый А. А. Фридман на основании общей теории относительности А. Эйнштейна. Сделано это было за несколько лет до открытия закона Хаббла.
Наука, которая изучает Вселенную, рассматривая ее как единое целое, а Метагалактику — как часть безграничной Вселенной, называется космологией. Большинство существующих космологических теорий базируется на общей теории относительности. Один из выводов этой теории заключается в том, что массивные небесные тела меняют свойства окружающего пространства, «искривляют» его, делая не совсем точными для него аксиомы и теоремы евклидовой геометрии. Совокупное действие всех тел Вселенной приводит к появлению кривизны пространства, которую можно измерить, наблюдая очень далекие объекты. Она очень мала и известна еще недостаточно точно.
|
|
|
Расширение Вселенной говорит о том, что раньше галактики были в среднем ближе друг к другу, чем сейчас, а около 10—15 млрд. лет назад средняя плотность материи во Вселенной, по-видимому, была такой высокой, что вещество в ней не могло существовать в форме звезд и галактик. Оно представляло собой плотный и быстро расширяющийся газ, состоящий в основном из водорода и гелия. Из этого газа потом и возникли галактики и звезды.
| Возраст небесных тел. Возникновение и развитие галактик и звезд Возраст Земли определяют разными методами. Самый точный из них состоит в определении возраста горных пород. Он заключается в подсчете отношения количества радиоактивного урана к количеству свинца, находящихся в данной породе. Дело в том, что свинец является конечным продуктом самопроизвольного распада урана. Скорость этого процесса известна точно, и изменить ее нельзя никакими способами. Чем меньше урана осталось и чем больше свинца накопилось в породе, тем больше ее возраст. Самые древние горные породы в земной коре имеют возраст несколько миллиардов лет. Земля в целом возникла, очевидно, несколько раньше, чем земная кора. Изучение окаменелых остатков животных и растений показывает, что за последние сотни миллионов лет излучение Солнца существенно не изменилось. По современным оценкам возраст Солнца составляет около 5 млрд. лет. Солнце старше Земли Есть звезды, которые много моложе, чем Земля, например — горячие сверхгиганты. По темпу расходования энергии горячими сверхгигантами можно судить о том, что возможные запасы их энергии позволяют им расходовать ее так щедро лишь короткое время. Значит, горячие сверхгиганты молоды — им 106—107 лет. Молодые звезды находятся в спиральных ветвях галактики, как и газовые туманности, из вещества которых возникают звезды. Звезды, не успевшие рассеяться из ветви, молоды. Выходя из ветви, они стареют. Звезды шаровых скоплений, по современной теории внутреннего строения и эволюции звезд, самые старые. Им может быть более 1010 лет Ясно, что звездные системы — галактики должны быть старше, чем звезды, из которых они состоят. Возраст большинства из них должен быть не меньше чем 1010 лет |
| Возникновение галактик и звезд Большинство ученых придерживаются более подробно разработанной гипотезы о том, что звезды и галактики возникали из во дородно-гелиевой среды Метагалактики путем ее распада на отдельные облака. За этим следовало сжатие этих облаков за счет тяготения. Они распадались на множество сгустков, имеющих почти сферическое распределение. Так возникли шаровые скопления, эллиптические галактики и ядра спиральных галактик. В эллиптических системах повышенная плотность газа благоприятствовала конденсации его в звезды. Процесс образования звезд в шаровых и эллиптических системах давно закончился. Их звезды являются самыми старыми звездами. В 1931 г. автором этого учебника было доказано и теперь признано всеми, что звезды в процессе эволюции выбрасывают столько газа, что его достаточно для формирования новых поколений звезд. В недрах звезд, особенно сверхновых, в процессе ядерных реакций вырабатываются тяжелые элементы. Поэтому выбрасываемый звездами газ уже обогащен ими. Так возникали и возникают путем конденсации вторично накопившегося газа звезды нового поколения, более молодого. Они отличаются от прежних своим химическим составом: содержат больше химических элементов тяжелее гелия, чем старые звезды шаровых скоплений. Во Вселенной идет непрерывное развитие и изменение не только органического, но и неорганического вещества — вечный круговорот его, а не простое повторение уже пройденных этапов. |
|
|
|
Развитие звезд
В пользу возникновения звезд путем гравитационной конденсации (т. е. взаимного тяготения частиц) из облаков газовой или газопылевой среды говорят многие факты. Молодые звезды почти всегда наблюдаются в таких областях, где плотность холодного межзвездного газа особенно высока. На фоне светлых туманностей были открыты очень маленькие, но плотные пылевые туманности, названные глобулами. Возможно, что они являются зародышами звезд. Наряду с этим Аро (Мексика) и Хербиг (США) в пылевых туманностях созвездия Ориона обнаружили крохотные, крайне слабые сгустки. В одном из них позднее появилась туманная звездочка, которой раньше здесь не видели. Может быть, это зародилась звезда. Зарождающиеся звезды называются протозвездами.
Сжимаясь, пока в недрах звезды температура не поднимется до нескольких миллионов градусов. Тогда начнутся ядерные реакции с участием легких элементов и выделением энергии. Переменность яркости молодых звезд — знак того, что они еще не стали устойчивыми. Нагрев вводит в действие реакцию превращения водорода в гелий и останавливает сжатие. Давление газа изнутри уравновешивает тяготение к центру. Звезда становится устойчивой и попадает на главную последовательность. Звезда с массой такой, как у Солнца, сжалась и появилась на главной последовательности за 108 лет. Место прихода звезды на главную последовательность тем выше, чем больше ее масса. Чем массивнее звезда, тем температура в ее недрах выше и быстрее «выгорает» водород, превращаясь в гелий. Голубые звезды «сжигают» водород, находясь на главной последовательности, за 106—107 лет, а такие, как Солнце,—лишь за 1010 лет. Внутренней энергии Солнца хватит еще на миллиарды лет.
С выгоранием водорода в ядре звезды начинается третья стадия эволюции. Звезда превращается в красный гигант. В конце этой стадии в красных гигантах идет реакция выгорания гелия и превращения его в углерод. С уменьшением запасов гелия эта реакция прекращается. Звезда сжимается, приходит в состояние белого, крайне плотного карлика. При малой поверхности (и поэтому малом расходе энергии) белый карлик может светить очень долгое время.
|
|
|
Возникновение планетных систем и Земли
По гипотезе Шмидта, планеты возникли из вещества огромного холодного газопылевого облака, вращавшегося вокруг Солнца. Со временем облако неизбежно должно было сплющиваться. Это вызывалось столкновением частиц и обменом энергий между ними. Постепенно вещество распределилось в виде диска, имеющего толщину, в тысячу раз меньшую его диаметра. Орбиты частиц стали круговыми с движениями в одном направлении. Крупные частицы присоединяли к себе мелкие. Возникали сгустки вещества. Быстрее всего росла масса крупнейших сгустков. Затем из большого числа первоначально образовавшихся «рыхлых» комков вещества всевозможных размеров возникло несколько крупных тел — планет. Расчеты показывают, что Земля выросла до ее современной массы за несколько сот миллионов лет. Земля, холодная на поверхности, стала разогреваться за счет распада радиоактивных элементов. Это привело к расплавлению земных недр. Тяжелые элементы продиффундировали вниз, образовав ядро, а легкие образовали кору. В рое частиц, окружавшем зародыши планет, повторялся процесс слипания частиц, и возникли спутники планет. В частях газопылевого диска, удаленных от Солнца, царила низкая температура, и водород при формировании больших планет не улетучился. Сильный нагрев облака вблизи Солнца ускорял рассеяние водорода, и в планетах земной группы его почти не сохранилось Шмидту удалось также впервые теоретически вывести наблюдаемый закон планетных расстояний от Солнца.
Большую трудность представляет объяснение того, как первоначальное газопылевое облако, окружавшее молодое Солнце, сохранило свои большие размеры и получило быстрое вращение.
