Реферат: Эволюция Вселенной

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3 Элементы космологии 5 Реликтовое излучение 7 Элементы космогонии 9 Формирование звезд и галактик 9 Эволюция звезд 10 Происхождение Солнечной системы 11 Космогония по Лапласу 11 Теория академика О.Ю.Шмидта 13 Происхождение жизни 16 Поиск внеземных цивилизаций 16 Философско-мировоззренческие проблемы космологической эволюции 18 Заключение 19 Список использованной литературы 20

ВВЕДЕНИЕ

Что есть Земля, Луна, Солнце, звезды? Где начало и гдеконец Вселенной, как долго она существует, из чего состоит и где границы еепознания?

Изучение Вселенной, даже только известной  нам еёчасти, является грандиозной задачей. Чтобы получить те сведения, которымирасполагают современные ученые, понадобились труды множества поколений.

Звезды во Вселенной объединены в гигантские Звездныесистемы, называемые галактиками. Звездная система, в составе которой какрядовая звезда находится наше Солнце, называется Галактикой.

Число звезд в Галактике порядка 1012(триллиона). Млечный путь, светлая серебристая полоса звезд, опоясывает всёнебо, составляя основную часть нашей Галактики. Млечный путь наиболее ярок всозвездии Стрельца, где находятся самые мощные облака звезд. Наименее ярок он впротивоположной части неба. Из этого нетрудно вывести заключение, что солнечнаясистема не находится в центре Галактики, который от нас виден в направлениисозвездия Стрельца. Чем дальше от плоскости Млечного Пути, тем меньше тамслабых звезд и тем менее далеко  в этих направлениях тянется звездная система. Вцелом наша Галактика занимает пространство, напоминающее линзу или чечевицу,если смотреть на нее сбоку. Размеры Галактики были намечены по расположениюзвезд, которые видны на больших расстояниях. Это цефеиды и горячие гиганты.Диаметр Галактики примерно равен 30000 пк[1],но четкой границы у нее нет, потому что звездная плотность постепенно сходит нанет.

В центре Галактики расположено ядро диаметром1000-2000 пк – гигантское уплотненное скопление звезд. Оно находится от нас нарасстоянии почти 10000 пк  в направлении созвездия Стрельца, но почти целикомскрыто плотной  завесой облаков, что препятствует визуальным и обычным фотографическим наблюдениям этого интереснейшего объекта Галактики. В составядра входит много красных гигантов и короткопериодических цефеид.

Звезды верхней части главной последовательности, аособенно сверхгиганты и классические цефеиды, составляют более молодоенаселение. Оно располагается дальше от центра и образует сравнительно тонкийслой или диск. Среди звезд этого диска находится пылевая материя и облака газа.Субкарлики и гиганты образуют вокруг ядра и диска Галактики сферическуюсистему.

Масса нашей Галактики оценивается сейчас разнымиспособами, она равна приблизительно 2*1011 масс Солнца (масса Солнцаравна 2*1030 кг), причем 1/1000 ее заключена в межзвездном газе ипыли. Масса галактики в Андромеде почти такова же, а масса галактики вТреугольнике оценивается в 20 раз меньше. Поперечник нашей галактики составляет100000 световых лет. Путем кропотливой работы московский астроном В.В. Кукаринв 1944 г. нашел указания на спиральную структуру Галактики, причем оказалось,что мы живем в пространстве между двумя спиральными ветвями, бедном звездами. Внекоторых местах на небе в телескоп, а кое-где даже невооруженным глазом  можноразличить тесные группы звезд, связанные взаимным тяготением, или звездные скопления.

Вселенная эволюционирует, бурные процессыпроисходили в прошлом, происходят сейчас и будут происходить в будущем.


ЭЛЕМЕНТЫ КОСМОЛОГИИ

Вселенная — это всё существующее. От мельчайшихпылинок и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездныхсистем. Поэтому не будет ошибкой сказать, что любая наука так или иначе изучаетВселенную, точнее, тем или иные её стороны. Химия изучает мир молекул, физика –мир атомов и элементарных частиц, биология – явления живой природы. Носуществует научная дисциплина, объектом исследования которой служит самаВселенная. Это особая отрасль астрономии, так называемая космология. Космология– учение о Вселенной в целом, включающее в себя теорию всей охваченной астрономическиминаблюдениями области как части Вселенной. Кстати, не следует смешивать понятияВселенной в целом и «наблюдаемой» (видимой) Вселенной. Во втором случае речьидет лишь о той ограниченной области пространства, которая доступна современнымметодам научных исследований.

С развитием кибернетики в различных областях научныхисследованиях приобрели большую популярность методики моделирования. Сущностьэтого метода состоит в том, что вместо  того или иного реального объектаизучается его модель, более или менее точно повторяющая оригинал или егонаиболее важные и существенные особенности. Модель не обязательно вещественнаякопия объекта. Построение приближенных моделей различных явлений помогает намвсё глубже познавать окружающий мир. Так, например, на протяжении длительноговремени астрономы занимались изучением воображаемой однородной и изотропной Вселенной, в которой все физические явления протекают одинаковым образом и всезаконы остаются неизменными для любых областей и в любых направлениях.Изучались также модели, в которых к этим двум условиям  добавлялось третье, — неизменность картины мира. Это означает, что в какую бы эпоху мы не созерцалимир, он всегда должен выглядеть в общих чертах одинаково. Эти во многомусловные и схематические модели помогли осветить некоторые важные стороныокружающего нас мира. Но как бы сложна ни была та или иная теоретическаямодель, какие бы многообразные факты она ни учитывала, любая модель – это ещене само явление, а только более или менее точная его копия. Поэтому всерезультаты, полученные с помощью моделей Вселенной, необходимо обязательнопроверить путем сравнения с реальностью. Это говорит о необходимостиуглубленной разработки моделей неоднородной и неизотропной Вселенной.

В средние века многие ученые полагали, что Вселеннаяконечна и ограничена сферой неподвижных звезд. Этой точки зрения придерживалисьдаже Н.Коперник и Т.Браге.

С развитием науки, все полнее раскрывающей физическиепроцессы, происходящие в окружающем нас мире, большинство ученых постепенно перешлок материалистическим представлениям о бесконечности Вселенной. Здесь огромноезначение имело открытие И. Ньютоном (1643 – 1727) закона всемирного тяготения,опубликованного в 1687 г. Одним из важных следствий этого закона явилосьутверждение, что в конечной Вселенной все ее вещество за ограниченныйпромежуток времени должно стянуться в единую тесную систему, тогда как вбесконечной Вселенной вещество под действием тяготения собирается  в некоторыхограниченных объемах (по тогдашним представлениям – в звездах), равномернозаполняющих Вселенную.

Большое значение для развития современныхпредставлений о строении и развитии Вселенной имеет общая теорияотносительности, созданная А.Эйнштейном (1879 – 1955). Она обобщает теориютяготения Ньютона на большие массы и скорости движения, сравнимые со скоростьюсвета. Действительно, в галактиках сосредоточена колоссальная масса вещества, аскорости далеких галактик и квазаров сравнимы со скоростью света.

Одним из значительных следствий общей теорииотносительности является вывод о непрерывном движении вещества во Вселенной –нестационарности Вселенной. Этот вывод был получен в 20-х годах нашего столетиясоветским математиком А.А.Фридманом (1888 – 1925). Он показал, что в зависимостиот средней плотности вещество Вселенная должна либо расширяться, либосжиматься. При расширении Вселенной скорость разбегания галактик должна бытьпропорциональна расстоянию до них – вывод, подтвержденный Хабблом открытиемкрасного смещения в спектрах галактик.

Критическое значение средней плотности вещества, откоторой зависит характер его движения,

/>,

где G – гравитационная постоянная, а H=75 км/с*Мпк –постоянная Хаббла.

Подставляя нужные значения, получаем, что критическоезначение средней плотности вещества />г/см3.

Если средняя плотность вещества во Вселенной большекритической, то в будущем расширение Вселенной сменится сжатием, а при среднейплотности равной или меньшей критической расширение не прекратится. Конечно, мыне знаем средней плотности вещество во всей Вселенной, но можем подсчитать этуплотность в доступной нашему изучению части Вселенной, т.е. в Метагалактике.Она равна 2,6*10-30 г/см3, что примерно в 4 раза меньшекритической плотности. Но делать выводы о бесконечно расширяющейся Вселеннойпока преждевременно, т.к. некоторые астрономы высказываются предположение о существованиив галактиках вещества, которое пока не обнаружено. Эта «скрытая масса» можетизменить оценку принятой сейчас средней плотности вещества во Вселенной.Поэтому точного ответа на вопрос о будущем Вселенной в настоящее время неимеется.

Современная космология считает, что в далеком прошлом,около 13 млрд. лет назад, все вещество Метагалактики было сосредоточено внебольшом объеме и плотность вещества была настолько высокой, что ни галактик,ни звезд не существовало. Пока не ясны ни физические процессы, протекавшие доэтого сверхплотного состояния вещества, ни причины, вызвавшие расширениеВселенной. Ясно одно, что со временем расширение привело к значительномууменьшению плотности вещества, и на определенном этапе расширения стали формироватьсягалактики и звезды.

Общие представления о физических условиях на раннихстадиях расширения Метагалактики можно получить из анализа химического состававещества. Одним из самых важных следствий этого анализа стало открытие реликтовогоизучения.

Реликтовое излучение

Основным достоинствомлюбой теории является ее предсказательная сила. В космологии до середины 60-хгг. существовало две конкурирующие теории: модель «горячей» Вселеннойи модель «холодной» Вселенной. Первая из них была разработанавыдающимся ученым Г.Гамовым (нельзя сказать «выдающимся физиком»,т.к., хотя физика была его основной специальностью, он внес большой вклад и в астрофизику,и в биологию) и его сотрудниками.

В этой модели предполагается, что на ранних стадияхэволюции Вселенной была крайне высока не только плотность вещества, но и еготемпература. Теория разрабатывалась в первую очередь для объяснения химическогосостава Вселенной, и эта цель была достигнута. Самым важным предсказаниемтеории было существование излучения с тепловым спектром. Это излучение дошло донас от той далекой эпохи, когда Вселенная была очень плотной и горячей, правда,за долгие миллиарды лет это излучение должно было заметно «остыть».Это остывание связано с расширением Вселенной, в ходе которого температурауменьшалась по адиабатическому закону.

Но, как иногда бывает, этот реликт ранней Вселеннойбыл открыт не в результате планомерных исследований, а практически случайно.Это открытие сделали в 1965 г. А.Пензиас и Р.Вилсон, а в 1978 г. за обнаружениереликтового излучения им была вручена Нобелевская премия по физике.

Реликтовое, или микроволновое фоновое, излучение имееттепловой спектр, соответствующий температуре 2.7 К. Это соответствуеттемпературе 4000 К, при которой произошла рекомбинация, с учетом красногосмещения z=1500 (электроны и ионы объединились в атомы, т.е. рекомбинировалиспустя 100 000 лет после начала расширения).

Когда говорят, что реликтовое излучение имеет тепловойспектр, то это означает, что спектр выглядит так, как будто на огромномрасстоянии находится непрозрачная стенка, нагретая до температуры 2.7 градусовпо шкале Кельвина.

Реликтовые фотоны чрезвычайно многочисленны. В одномкубическом сантиметре содержится примерно 500 таких фотонов. Это в миллиард разбольше концентрации барионов, т.е. «обычного» вещества. Окружающиенас предметы состоят из атомов, основная масса которых сосредоточена в ядре.Атомное ядро состоит из двух типов элементарных частиц: протонов и нейтронов.Такие частицы и называют барионами. Поэтому все окружающее нас вещество, а такжевещество планет, звезд называют барионным веществом. Но из-за малой энергиифотонов их вклад в плотность Вселенной сейчас невелик (в 1000 раз меньше вклада«обычного», барионного, вещества). Однако, раньше ситуация была иной.В эпоху, когда температура излучения была гораздо выше, именно излучение игралоосновную роль во Вселенной.

И сейчас реликтовое излучение влияет на некоторыекосмические процессы. Например, еще в 1941 г. было обнаружено, что нижниеэнергетические уровни молекулы CN возбуждены так, как будто они находятся вполе излучения с температурой в несколько градусов кельвина. Это обусловленовлиянием микроволнового фонового излучения, и оно могло быть открыто такимобразом почти на 25 лет раньше.

Реликтовые фотоны также могут в результатестолкновений с частицами космических лучей образовывать новые частицы,«выедая» таким образом частицы с большими энергиями (Е>1020eV).

Микроволновое фоновое излучение обладает большойизотропией, т.е. после учета поправок за счет движения наблюдателя (вращениеЗемли вокруг Солнца, вращение Солнца вокруг центра Галактики и движение самойГалактики) его температура, измеренная в различных участках неба, с высокойстепенью точности одинакова.

Из теории следует, что небольшая анизотропия все-такидолжна существовать. Ведь вещество распределено равномерно только в масштабахпорядка миллиарда световых лет. Неоднородности, связанные с образованиемскоплений и сверхскоплений галактик, не могли не отразиться на реликтовомизлучении. Поэтому и в распределении температуры реликтового излучения на небедолжна существовать анизотропия, т.е. dT, разность температур, не равна нулю. Ив 1992 г. такая анизотропия была обнаружена! Это удалось сделать с помощьюнаблюдений на спутниках COBE и Реликт-1.

Небольшие обнаруженные неоднородности (флуктуации),ответственные за образование скоплений галактик с размерами в десяткимегапарсек, пришли к нам из той эпохи, когда Вселенной было всего 10-35сек. и она находилась на стадии инфляции.

Обнаружение и изучение реликтового излучения позволилисделать большой шаг в понимании структуры Вселенной и ее эволюции. Продолжаютсяновые исследования в этом направлении.


ЭЛЕМЕНТЫ КОСМОГОНИИ

Раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие(эволюцию) галактик, звезд и Солнечной системы, называется космогонией (отгреч. «космос» – мир и «гонос» – происхождение).

Астрономические наблюдения доказывают, что материя воВселенной находится в непрерывном развитии, в самых разнообразных формах исостояниях – от газа и пыли ничтожно малой плотности до сверхплотных объектов,от карликовых до сверхгигантских звезд резко различных размеров и светимостей,от сравнительно небольших звездных группировок до колоссальных по размерам имногообразию форм галактик, тоже находящихся на разных этапах своего развития.Раз меняются формы существования материи, то, следовательно, различные иразнообразные объекты Вселенной не могли возникнуть все одновременно, аформировались в разные эпохи и поэтому имеет своей определенный возраст,отсчитываемый от начала их зарождения.

Раскрытие закономерностей зарождения и эволюцииразличных объектов Вселенной входит в задачи космогонии. Эти задачи она решаетпутем разработки научных предположений (гипотез), основанных на астрономическихнаблюдениях и их теоретическом обобщении, с использованием достижений всех отраслейестествознания. Поэтому в процессе развития естествознания, по мере егообогащения научными открытиями, разрабатываются новые космогонические гипотезы,объясняющие вновь открытые факты, а прежние, не удовлетворяющие им,отвергаются.

Современная космогония в своих обобщениях опирается надостижения смежных с ней отраслей естествознания – физики, математики, химии,геологии.

Формирование звезд и галактик

Научные основы космогонии были заложены ещеН.Ньютоном, который показал, что равномерное распределение вещества впространстве является неустойчивым и под действием собственной гравитациидолжно разделиться на сжимающиеся сгустки. Теория образования сгустковвещества, из которых формируются звезды, была развита в 1902 г. английскимастрофизиком Дж.Джинсом (1877 – 1946). Эта теория объясняет и процессобразования галактик. Джинс доказал, что в первоначально однородной газовойсреде с постоянной плотностью и температурой может возникнуть уплотнение. Еслисила взаимного тяготения в нем превысит силу газового давления, то средаперестанет сжиматься, а если превалирует газовое давление, то веществорассеется в пространстве.

Эта теория в общих чертах подтверждается наблюдениями.Так, в Галактике межзвездная среда (газ и пыль) неоднородна и имеет клочковатуюструктуру. В сравнительно небольших газовых облаках с массой, близкой к массеСолнца, сила газового давления уравновешивается силой гравитации, и облака несжимаются. В крупных газопылевых туманностях, подобных Большой туманностиОриона и называемых газопылевыми комплексами, размерами 10 – 100 пк и массой внесколько тысяч солнечных масс, сила гравитации преобладает над силой газовогодавления. Поэтому в таких облаках возникают сгустки вещества, температуравнутри которых при сжатии повышается, и они постепенно преобразуются в звезды.Следовательно, в газопылевых комплексах звезды формируются группами, образуязвездные скопления и ассоциации. На формирование звезд группами даже в нашуэпоху впервые указал еще в 1947 г. советский астрофизик В.А.Амбарцумян.

Подобным образом можно объяснить и возникновениегалактик, для формирования которых условия были  благоприятными на раннихэтапах расширения Метагалактики, когда температура вещества была близка к 106К. Образовывались колоссальные по своим размерам сгущения с массами порядкасотен миллиардов солнечных масс, именуемые протогалактиками. По мере ихдальнейшего сжатия в них возникали условия для формирования звезд, т.е. образовывалисьзвездные системы – галактики.

Исходя из факта расширения Метагалактики, некоторыеспециалисты в области космологии оценивают ее возраст величиной, обратнойпостоянной Хаббла, т.е. 1,3*1010 лет. Учитывая, что принятое сейчасзначение постоянной Хаббла известно с небольшой точностью, считают возрастМетагалактики близким к 13 – 15 млрд. лет. Этот возраст не противоречит оценкамвозраста наиболее старых звезд и шаровых звездных скоплений в нашей Галактике.

Эволюция звезд

Возникшие в газопылевой среде Галактики сгущения,продолжающие сжиматься под действием собственного тяготения, получили названиепротозвезд. По мере сжатия плотность и температура протозвезды повышается, иона начинает обильно излучать в инфракрасном диапазоне спектра. Длительностьстадии сжатия протозвезд различна: при массе меньше солнечной – сотни миллионовлет, а у массивных – всего лишь сотни тысяч лет. Когда температура в недрах протозвездыповышается до нескольких миллионов кельвинов, в них начинаются термоядерныереакции превращения водорода в гелий. При этом выделяется огромная энергия,препятствующая дальнейшему сжатию и разогревающая вещество до самосвечения –протозвезда превращается в обычную звезду.

После выгорания водорода в недрах звезды образуетсягелиевое ядро, а термоядерные реакции превращения водорода в гелий начинаютпроисходить в тонком слое у границы ядра.  В самом гелиевом ядре присоздавшейся температуре ядерные реакции происходить не могут, и оно резкосжимается до плотности свыше 4*106 кг/м3. Вследствиесжатия температура в ядре возрастает. Рост температуры зависит от массы. Длязвезд типа Солнца температура ядра остается всегда меньше 80  млн. кельвинов.Поэтому его сжатие приводит только к более бурному выделению ядерной энергии втонком слое у границы ядра. У более массивных звезд температура ядра при сжатиистановится выше 80 млн. кельвинов, и в нем начинаются термоядерные реакциипревращения гелия в углерод, а потом и в другие более тяжелые химическиеэлементы. Выходящая из ядра и его окрестностей энергия вызывает повышениегазового давления,  под действием которого фотосфера звезды расширяется.Энергия, приходящая к фотосфере из недр звезды, распространяется теперь набольшую площадь, чем раньше. В связи с этим температура фотосферы понижается.Звезда постепенно превращается в красного гиганта или сверхгиганта взависимости от массы, и становится старой звездой. Проходя стадию желтогосверхгиганта, звезда может оказаться пульсирующей, т.е. физической переменнойзвездой, и остаться в такой стадии красного сверхгиганта.

Раздувшаяся оболочка звезды небольшой массы уже слабопритягивается ее ядром и, постепенно удаляясь от него, образует планетарнуютуманность. После окончательного рассеяния оболочки остается лишь горячее ядрозвезды – белый карлик.

Эволюция массивных звезд происходит более бурно. Вконце своей жизни такая звезда может взорваться сверхновой звездой, а ее ядро,резко сжавшись, превратится в сверхплотный объект – нейтронную звезду или дажечерную дыру. Сброшенная оболочка, обогащенная гелием и другими образовавшимисяв недрах звезды химическими элементами, рассеивается в пространстве и служитматериалом для формирования звезд нового поколения. Следовательно, некоторыехарактерные различия в содержании тяжелых химических элементов в звездах тожемогут служить признаком их формирования и возраста. В частности, есть основанияполагать, что Солнце – звезда второго поколения, в которой есть примесивещества в свое время прошедшего через горячие недра звезд первого поколения.

Происхождение Солнечной системыКосмогонияпо Лапласу

Знать прошлое Земли практически важно для пониманиястроения и изменения ее недр, а последнее важно при поисках полезных ископаемыхи для возможности предвидеть землетрясения.

При установлении истории развития многолетнихорганизмов мы можем сопоставлять разные экземпляры их. Дубы и дубочки, сгнившиедеревья говорят нам о жизненном пути вековых деревьев, из которых ин одно незавершает его целиком на наших глазах. Можно сравнивать друг с другом планеты вих современном состоянии и пытаться судить по ним об эволюции Земли. Но нашуСолнечную систему нам сравнивать  не с чем, ибо других, подобных ей, мы незнаем.

Философ Кант в середине XVIII века четковысказывал идею об эволюции мировых тел и, опередив ученых-астрономов, набросалмыслимую картину возникновения Солнечной системы из обширной туманности. Онрисовал ее в соответствии с тем, что тогда было известно науке о строенииСолнечной системы, планет и туманностей, о законах природы.

Кант смело отверг идею творения и нарисовал развитиемиров происходящим в силу естественных законов природы.

Независимо от Канта математик, механик и астрономЛаплас разработал подобную же картину происхождения Солнечной системы. Егорассуждения были строже и научнее. Мировоззренческое значение этих работ Кантаи Лапласа было очень велико. Современники были потрясены величественной картиноймироздания, развернутой Лапласом.

Эти работы, а также разработка идеи эволюции, вчастности в области геологии, великим русским ученым М.В.Ломоносовымспособствовали тому, что позднее ученые и других областей науки убедились всуществовании развития в природе. Понятие об эволюции постепенно вошло и вдругие науки.

Лаплас, как и Кант, правильно подметил основные,известные в то время характерные черты Солнечной системы, которые должнаобъяснить теория их происхождения. Эти черты следующие:

1.   Подавляющая часть массы системысосредоточена в Солнце.

2.   Планеты обращаются по почти круговыморбитам почти в одной  и той же плоскости.

3.   Все планеты обращаются в одну и туже сторону; в ту же сторону обращаются вокруг планет их спутники и сами планетывращаются вокруг своей оси.

Во времена Лапласа уже отдавали себе отчет в том, чтоиз совершенно хаотического движения частиц правильное вращение возникнуть неможет, вопреки предположению Канта. Поэтому Лаплас начинает рассмотрениеразвития Солнечной системы с гигантской газовой туманности, уже вращающейсявокруг своей оси, хотя и очень медленно.

Она вращалась как твердое тело и в центре имеласгусток  — зародыш будущего Солнца. Притяжение к центру частиц туманности,простиравшейся сначала за орбиту наиболее далекой из планет, заставляло еесжиматься. Уменьшение размеров по законам механики должно было вести кускорению вращения. Наступал момент, когда на экваторе туманности, где линейныескорости частиц при вращении больше всего, центробежная сила уравнивалась стяготением к центру. В этот момент вдоль  экватора туманности отслаивалосьгазовое кольцо, вращавшееся в ту же сторону, в какую вращалась туманность.Продолжавшееся сжатие и ускорение вращения приводили к отслоению кольца закольцом. В силу неизбежной неоднородности каждого кольца какой-либо сгусток внем притягивал к себе остальное вещество кольца, и образовывался один газовыйклубок – будущая планета. Наружные части кольца, а впоследствии сгустка, приобращении забегали как бы вперед и приводили его во вращение вокруг оси в ту жесторону, куда двигался зародыш планеты.

При сжатии сгустков вследствие тяготения они самимогли отслаивать кольца и порождать себе спутников. Если же в подобном кольцене было резко преобладающего сгустка, «пожирающего» остальные, то оноразбивалось на множество мелких тел; так, например, образовалось кольцо Сатурна.Охлаждаясь, газовые сгустки затвердели, покрылись корой и превратились всовременные планеты, а центральный сгусток породил Солнце.

Подкупающей простоте и логичности этой схемы (бывшейобщепризнанной более столетия) были впоследствии противопоставлены серьезнейшиевозражения. Выяснились, например, следующие обстоятельства, неизвестные вовремена Лапласа:

1.   Плотность воображаемой газовойтуманности Лапласа должна была быть так мала, что она не могла бы вращаться,как твердое тело.

2.   Отрыв вещества происходил бы некольцами, а непрерывно.

3.   Кольца с массой, равной массепланет, не могли бы сгуститься, а развеялись бы в пространство.

4.   Существуют планеты и спутники,вращающиеся или обращающиеся навстречу обращению планет около Солнца.

5.   Один из спутников Марса обращаетсявокруг планеты быстрее, чем сам Марс, чего не может быть по теории Лапласа.

Возник и ряд других теоретических возражений противтеории Лапласа.

Многие пытались подправить эту теорию, но безуспешно.Наука лучше познала свойства Солнечной системы и законы природы – пришлосьискать новое объяснение происхождению этой системы.

В 1919 г. английский астрофизик Джинс выдвинулпредположение, что Солнечная системы – игра редкого случая сближения Солнца скакой-либо звездой.

Пройдя в далеком прошлом близко от  Солнца и сноваисчезнув в безвестной дали, пришлая звезда возбудила на Солнце мощную приливнуюволну. Притягиваемое ею вещество вырвалось из Солнца и потянулось к звезде длиннойструей, в форме сигары. Солнце уже тогда состояло из плотных газов, так что,будучи плотными, они не рассеялись, а охладились и, застыв, образовали планеты.Однако, как показал американский астроном Рессел, большая часть вещества,исторгнутого из Солнца, либо упала бы на него обратно, либо увлеклась бы вследза уходящей звездой, но не образовала бы ничего, похожего на существующуюсистему планет.

Современные гипотезы о происхождении Солнечной системыне могут считаться с одними лишь механическими характеристиками Солнечной системы.Они должны учитывать и многочисленные физические данные о строении планет иСолнца, что особенно убедительно было показано в работах акад. В.Г.Фесенкова,разрабатывавшего вопросы космогонии в течение 35 лет.

Теория академика О.Ю.Шмидта

Теория, основы которой были заложены академикомО.Ю.Шмидтом, является наиболее разработанной, поэтому ее я и привожу.

О.Ю.Шмидт исходил сначала из того, что метеоритноевещество как в форме более или менее крупных кусков, так и в форме пыли визобилии встречается во Вселенной. Еще недавно это метеоритное вещество было известнонам только в пределах Солнечной системы, но теперь мы обнаруживаем его в огромныхколичествах и в межзвездном пространстве. Большей частью метеоритное веществособрано в колоссальные космические облака – в диффузные светлые и темныетуманности, содержащие также много газа.

Впоследствии различные соображения привели советскихученых Л.Э.Гуревича и А.И.Лебединского к выводу, что допланетное вещество былогазово-пылевого состава. О.Ю.Шмидт согласился с таким представлением о состояниидопланетного вещества, но подчеркивал, что «ведущая роль» принадлежит пыли.

Совокупность газово-пылевых облаков вместе со звездамизаполняет нашу звездную систему – Галактику, причем их вещество сильноконцентрируется к плоскости ее симметрии – к плоскости экватора Галактики.Вместе со звездами газово-пылевые облака участвуют во вращении Галактики вокругоси. Наряду с этим вращением вокруг центра Галактики и звезды, и газово-пылевыеоблака имеют свои собственные движения, которые приводят к тому, что и звезды,и облака то сближаются друг с другом, то расходятся. Иногда та или другаязвезда погружается на время в газово-пылевую туманность и пролагает в ней себедорогу. Многие пылинки падают на звезду в течение ее скольжения сквозьтуманность, а другие, изменив свои орбиты вследствие мощного притяжения звезды,могут быть ею захвачены и делаются ее спутниками. Однако, чтобы такой захватпроизошел, необходимо наличие особых благоприятных условий – уменьшениеотносительной скорости пылинок благодаря притяжению близкой звездой или, какпоказал Т.А.Агекян, благодаря столкновению пылинок друг с другом. В подобном«удачном» случае огромное  множество этих спутников звезды, по гипотезе Шмидта,не покидает ее и после выхода из туманности. Звезда оказывается окруженнойогромным облаком частиц газа и пыли, описывающих вокруг нее различные орбиты.Позднее О.Ю.Шмидт считал, что более вероятным мог быть захват облака из тойсамой диффузной среды, из которой возникло само Солнце.

Облако, образовавшееся вокруг звезд, постепенноприобретало линзообразную форму. Обращение частичек в нем вокруг звездыпроисходило преимущественно, хотя и не исключительно, в одном каком-либонаправлении (под небольшими углами друг к другу), потому что пылевой слой,пронизанный звездой. Не мог быть совершенно однородным.

В подобной звезде, окруженной линзообразнымгазово-пылевым облаком, О.Ю.Шмидт видел наше Солнце, в пору, предшествовавшуюобразованию планет.

В сонме пылинок, обращающихся около Солнца попересекающимся и различно вытянутым и наклоненным орбитам, неизбежнопроисходили столкновения, и это вело к тому, что движения их осреднялись,приближались к круговым и лежащим в близких друг к другу плоскостях. От этоговокруг Солнца возник из облака газово-пылевой диск, становившийся все тоньше,но зато плотнее. Этот плотный слой частиц в частях, близких к Солнцу, поглощалего тепло. Поэтому дальше от солнца внутри диска было очень холодно, и газы тамнамерзали на пылинках. Это объясняет, почему далекие от Солнца планеты богаче газом,чем близкие к нему. Это представление, как и теорию эволюции облака, развилиЛ.Э.Гуревич и А.И.Лебединский, и О.Ю.Шмидт нашел, что их картина эволюцииоблака вероятнее, чем та, которая ему самому рисовалась раньше. Разработаннаяматематическая картина эволюции облака, хотя и содержащая ряд дополнительныхгипотез, может быть названа теорией, лежащей в рамках гипотезы Шмидта. Основнойже гипотезой Шмидта является предположение, что планеты возникли из холодногооблака частиц, причем основную роль в нем играло поведение твердых пылинок ипредположение, что облако было захвачено Солнцем и притом, когда последнее ужевполне сформировалось.

Дальнейшая картина эволюции газово-пылевого дискавкратце представляется так. В уплотнившемся облаке возникали пылевые сгущения,в которых столкновения пылинок вели к их слиянию в твердые тела споперечниками, как у современных астероидов. Множество их сталкивалось идробилось, но более крупные из них, «зародыши» планет, — выживали и всасывали всебя окружающие осколки и остатки пыли, сначала присоединяя их при соударениях,а потом все больше за счет притяжения их. Плотные зародыши планет окружалисьпри этом роями тел и их обломков, обращающихся вокруг них и давших при своем объединениирождение спутникам планет таким же образом, каким эти планеты возникли сами.

Из линзообразной формы туманности, окружающей Солнце,и из преобладания в ней движений, параллельных друг другу и направленных в однуи ту же сторону, вытекают сразу основные характерные особенности строения Солнечнойсистемы: вращение всех планет около Солнца в одну и ту же сторону, малые углымежду плоскостями их орбит, а также почти круговая форма их орбит.

Вращение планет вокруг своей оси, которое не моглаобъяснить ни одна из прежних теорий, теория Шмидта объясняет так. Под влияниемпадения метеоритов на планету она должна прийти во вращение, и притом именно втом же направлении, в каком она вращается вокруг солнца. Если случайно в тойобласти, где образовалась планета, метеориты с орбитами, мало вытянутыми и малонаклоненными к средней плоскости Солнечной системы, не были в достаточной мерепреобладающими, могло возникнуть вращение планеты в обратом направлении, что иобъясняет известный случай такого рода – вращение Урана.

Здесь я привела представление лишь об одной – наиболееразработанной — из множества космогонических гипотез. Единого взгляда напроцесс возникновения планет и спутников пока нет.


ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ

Проблема жизни в космосе– одна из наиболее увлекательных и популярных проблем в науке о Вселенной,которая с давних пор волнует не только ученых, но и всех людей. Еще Дж.Бруно иМ. Ломоносов высказывали предположение о множественности обитаемых миров.Изучение жизни во Вселенной – одна из сложнейших задач, с которой когда-либовстречалось человечество.

Все данные о жизни внеЗемли, носят чисто гипотетический характер. Поэтому глубоким исследованиямбиологических закономерностей и космических явлений занимается научнаядисциплина – «экзобиология».

Так исследованиявнеземных, космических форм жизни помогло бы человеку, во-первых, понять сущностьжизни, т.е. то, что отличает все живые организмы от неорганической природы,во-вторых, выяснить пути возникновения и развития жизни и, в-третьих,определить место и роль человека  во Вселенной. Сейчас можно считать достаточнотвердо установленным, что на нашей собственной планете жизнь  возникла вотдаленном прошлом из неживой, неорганической материи при определенных внешнихусловиях. Из числа этих условий можно выделить три главных. Прежде всего, этоприсутствие воды, которая входит в состав живого вещества, живой клетки.Во-вторых, наличие газовой атмосферы, необходимой для газового обмена организмас внешней средой. Правда, можно представить себе и какую-либо иную среду. Третьимусловием является наличие на поверхности данного небесного тела подходящегодиапазона температур. Также необходима внешняя энергия для синтеза молекулыживого вещества из исходных органических молекул: энергия космических лучей илиультрафиолетовой радиации или энергия электронных разрядов. Внешняя энергиянужна и для последующей жизнедеятельности живых организмов. Условия,необходимые для возникновения жизни, в своё время сложились естественным путём,в ходе эволюции Земли. Нет оснований считать, что они не могут складываться и впроцессе развития других небесных тел.

Было выдвинуто множествогипотез по этому поводу. Академик А.И. Опарин, считает, что жизнь должна былапоявиться тогда, когда поверхность нашей планеты представляла собой сплошнойокеан. В результате соединения С2СН2 и N2возникли простейшие органические соединения. Затем в водах первичногоокеана молекулы этих соединений объединились и укрепились, образуя сложныйраствор органических веществ, на третьей стадии из этой среды выделилиськомплексы молекул, которые и дали начало первичным живым организмам. Оро иФесенков заметили, что своеобразными переносчиками если не самой жизни, то, покрайней мере, её исходных элементов, могут быть кометы и метеориты. Однако,если не вступать в область, близкую к фантастике, и оставаться на почве лишьдостаточно твердо установленных научных фактов, то при поисках живых организмовна других небесных телах мы должны прежде всего исходить из того, что намизвестно о земной жизни.

Поисквнеземных цивилизаций.

Появление жизни вне Земли на любом уровне ее развития само по себезамечательное явление. Но поиски жизни ведутся и на более высоком уровнеразума, другими способами. Разум ассоциируется с понятием цивилизация. Сейчасне исключается наличие внеземных цивилизаций (ВЦ), что вызывает надежды ижелание ученых в установлении контакта с ними.

Один из способов поиска ВЦ — радиоастрономический, заключается вподаче радиосигналов с Земли в определенные участки Вселенной. Сигналы содержатинформацию о землянах и нашей цивилизации, вопросы о характере другой цивилизации,предложение установить взаимный контакт.

Второй способ продемонстрирован при запуске автоматических межпланетныхстанций для исследования внешних планет Солнечной системы, “Пионеров” и“Вояджеров”, которые при предполагаемой встрече с ВЦ (пролетев мимо внешнихпланет и оказавшись в межзвездном пространстве) несли бы подробные сведения онашей цивилизации, дружественные пожелания инопланетянам, то есть делалосьпредположение, что при возможной встречи земных аппаратов ВЦ сможетрасшифровать послание землян, и, возможно, пожелает вступить с нами в контакт.

Поиски жизни вне Земли являются лишь частью стоящего перед наукой болееобщего вопроса о возникновении жизни во Вселенной.


ФИЛОСОФСКО-МИРОВОЗЗРЕНЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

КОСМОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ

Возникновение и развитие современной релятивистской космологии имеетбольшое мировоззренческое значение. Оно во многом изменило наши прежниепредставления о научной картине мира. Особенно радикальным было открытие такназываемого красного смещения, свидетельствующего о расширении Вселенной. Этотфакт нельзя было не учитывать при построении космологических моделей. Считатьли Вселенную бесконечной или конечной — зависит от конкретных эмпирическихисследований и прежде всего от определения плотности материи во Вселенной.Однако оценка плотности распределения материи во Вселенной наталкивается насерьезные трудности, связанные с наличием так называемого скрытого (невидимого)вещества в виде темных облаков космической материи. Хотя никакогоокончательного вывода о том, является ли Вселенная конечной или бесконечной,сделать пока еще нельзя, но многие свидетельства говорят, по-видимому, впользу  бесконечной ее модели. Во всяком случае, такая модель лучше согласуетсяс неограниченно расширяющейся Вселенной. Замкнутая же модель предполагает конецтакого расширения и допущение ее последующего сжатия. Коренной недостаток такоймодели состоит в том, что пока современная наука не располагает какими-либофактами, подтверждающими подобное сжатие. К тому же сторонники замкнутойВселенной признают, что эволюция Вселенной началась с «большоговзрыва». Наконец, остается нерешенной и проблема оценки плотностираспределения материи и связанной с ней величины кривизны пространства —времени.

Важной проблемой остается и оценка возраста Вселенной,который определяется по длительности ее расширения. Если бы расширениеВселенной происходило с постоянной скоростью, равной в настоящее время 75 км/с,то время, истекшее с начала «большого взрыва», составило бы 13 млрд.лет. Однако есть основания считать, что ее расширение происходит с замедлением.Тогда возраст Вселенной будет меньше. С другой стороны, если допустить существованиеотталкивающих космологических сил, тогда возраст Вселенной будет больше.

Значительные трудности связаны также с обоснованиемпервоначально «горячей» модели в сингулярной области, посколькупредполагаемые плотности и температуры никогда не наблюдались и не анализировалисьв современной астрофизике. Но развитие науки продолжается, и есть основаниянадеяться, что и эти труднейшие проблемы со временем будут разрешены.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мызнаем строение Вселенной в огромном объеме пространства, для пересечениякоторого свету требуются миллиарды лет. Но пытливая мысль человека стремитсяпроникнуть дальше. Что лежит за границами наблюдаемой области мира? Бесконечнали Вселенная по объему? И её расширение — почему оно началось и будет ли оновсегда продолжаться в будущем? А каково происхождение «скрытой» массы? Инаконец, как зародилась разумная жизнь во Вселенной?

Естьли она ещё где-нибудь кроме нашей планеты? Окончательные и полные ответы на этивопросы пока отсутствуют.

Вселеннаянеисчерпаема. Неутомима и жажда знания, заставляющая людей задавать всё новые иновые вопросы о мире и настойчиво искать ответы на них.


СПИСОКИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.    Воронцов-ВельяминовБ.А. «Очерки о Вселенной», М.: «Наука» 1976.

2.    ДагаевМ.М., Чаругин В.М. Книга для чтения по астрономии. М.: «Просвещение», 1988.

3.    КазютинскийВ.В. «Вселенная Астрономия, Философия», М.: «Знание» 1972.

4.    МизгунЮ. Г.  Внеземные цивилизации. М.: Экология и здоровье, 1993.

5.    НовиковИ.Д. Эволюция Вселенной. М.: «Наука», 1990.

6.   Попов С.Б. Реликтовое излучение.Статья на сервере «Звездный Лис», www.starfox.telecom.nov.ru/ .

еще рефераты
Еще работы по астрономии