Структура и эволюция Вселенной

Вселенная – это весь существенный материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Часть Вселенной, доступная исследованию астрономическими средствами, соответствующими достигнутому уровню развития науки, называется Метагалактикой. Метагалактика – охваченная астрономическими наблюдениями часть Вселенной. Структура Вселенной – предмет изучения космологии, одной из важных отраслей естествознания, находящейся на стыке многих естественных наук: астрономии, физики, химии … Главные составляющие Вселенной – галактики – громадные звездные системы, содержащие десятки, сотни миллиардов звезд. Солнце вместе с планетной системой входят в нашу Галактику, наблюдаемую в форме Млечного пути. Кроме звезд и планет галактика содержит разреженный газ и космическую пыль. Основные составляющие Галактики – звезды. Хотя все звезды – раскаленные шары, подобные Солнцу, их физические характеристики различаются весьма существенно. Есть звезды-гиганты и сверхгиганты. По своим размерам они значительно превосходят Солнце. Кроме звезд-гигантов существуют и звезды-карлики, значительно уступающие по своим размерам Солнцу. Вещество их отличается чрезвычайно высокой плотностью. Еще большей плотностью обладают нейтронные звезды. Диаметр такой звезды, состоящей главным образом их ядерных частиц – нейтронов, составляет всего около 20 – 30 км, а средняя плотность ве-ва достигает 100 млн т/см³. По существу, нейтронная звезда – это громадное атомное ядро. Обнаружить их удалось только в 1967 г. по необычному импульсному радиоизлучению. Нейтронные звезды быстро вращаются, и радиолуч каждой вращающейся звезды регистрирует радиотелескоп как импульс радиоизлучения. Поэтому нейтронные звезды подобного рода называют пульсарами. Звезды обладают различными поверхностными температурами – от нескольких тысяч до десятков тысяч градусов. Соответственно различен и цвет звезд. Сравнительно холодные звезды – с температурой 3-4 тыс. градусов – красного цвета. Наше Солнце с поверхностью, нагретой до 6 тыс. градусов, имеет желтоватый цвет. Самые горячие звезды – с температурой выше 12 тыс. градусов – белые и голубоватые. Во Вселенной наблюдаются вспышки новых и сверхновых звезд. Такие звезды некоторый момент времени в результате бурных физических процессов неожиданно увеличиваются в объеме, «раздуваются», сбрасывают свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выдают чудовищное кол-во энергии – в миллиарды раз больше, чем Солнце. Затем исчерпав свои ресурсы, они постепенно тускнеют, превращаясь в газовую туманность.

На расстоянии около 2 млн световых лет от нас находится ближайшая к нам галактика – Туманность Андромеды, которая по своему строению напоминает Млечный Путь, но значительно превосходит его по своим размерам. Туманность Андромеды включает спутники – две эллиптические туманности, состоящие из огромного числа звезд.

По форме и строению различают эллиптические, спиральные, шаровые и неправильной формы галактики. Почти четверть всех известных галактик относятся к эллиптическим. Самые яркие в них звезды – красные гиганты. К спиральным галактикам относятся наша Галактика, Туманность Андромеды и многие другие. Галактики неправильной формы не имеют центральных ядер; закономерность распределения звезд в них пока не установлена. Наша Галактика, Туманность Андромеды вместе с другими звездными системами образуют Местную систему галактик. Она объединяет 16 галактик. Диаметр ее превышает 2 млн световых лет. Звездные острова, галактики – типичные объекты Вселенной. К настоящему времени известно множество звездных образований, которые таят в себе еще немало загадок. 

Концепция Большого Взрыва.

В 1924г., когда в обсерватории Mount Wilson в Калифорнии астроном Хаббл измерил расстояние до ближайших галактик и тем самым открыл мир галактик. В 1929 г. в той же обсерватории Хаббл по красному смещению линий в спектре излучения галактик экспериментально подтвердил теоретический вывод Фридмана о расширении Вселенной и установил эмпирический закон – закон Хаббла: скорость удаления галактик V пропорциональна расстоянию r до нее: V = Hr, H – постоянная Хаббла. С течением времени постоянная Хаббла постепенно уменьшается – разбегание галактик замедляется. Но такое уменьшение за наблюдаемый промежуток времени ничтожно мало. Обратной величиной постоянной Хаббла определяется время жизни (возраст) Вселенной. Из результатов наблюдения следует, что скорость разбегания галактик увеличивается примерно на 75 км/с на каждый миллион парсек (1 парсек = 3,3 светового года; световой год – расстояние проходимое светом в вакууме за 1 земной год). При данной скорости экстраполяция к прошлому приводит к выводу: возраст Вселенной составляет около15 млрд лет, а это означает, что вся Вселенная 15 млрд лет назад была сосредоточена в очень маленькой. Предполагается, что в то время плотность в-ва Вселенной была сравнимой с плотностью атомного ядра, и вся Вселенная представляла собой огромную ядерную каплю. По каким-то причинам ядерная капля оказалась в неустойчивом состоянии и взорвалась. Это предположение лежит в основе концепции большого взрыва. В концепции большого взрыва предполагается, что расширение Вселенной происходило с одинаковой скоростью, начиная с момента взрыва ядерной капли. В настоящее время обсуждается и другая теория – гипотеза пульсирующей Вселенной: Вселенная не всегда расширялась, а пульсирует между конечными пределами плотности. Из нее следует, что в некотором прошлом скорость удаления галактик была меньше, чем сейчас, и были периоды, когда Вселенная сжималась, т.е. галактики приближались друг к другу и с тем большей скоростью, чем большее расстояние их разделяло.