🗊 Будова Всесвіту

Будова Всесвіту

План Зоряні скупчення. Туманності. Наша Галактика. Центр Галактики. Обертання зір у Галактиці. Найближчі сусіди Галактики. Розподіл галактик у Всесвіті. Розширення Всесвіту. Закон Габбла. Моделі Всесвіту.

1. Зоряні скупчення. Туманності Зорі в Галактиці утворюють певні системи, які тривалий час існують у спільному гравітаційному полі. Більшість зір рухається у подвійних та кратних системах, у яких компоненти обертаються навколо спільного центра мас подібно до обертання планет Сонячної системи. Найчисельніші системи об'єднання зір налічують сотні тисяч об'єктів — це зоряні скупчення та асоціації.

Кулясті зоряні скупчення складаються з сотень тисяч та мільйонів зір, які утворюють в просторі кулю діаметром до 300 св. років. В більшості вони складаються з маломасивних зір на пізніх стадіях еволюції (старих зір). Вік кулястих скупчень оцінюють у 10-12 млрд. років. Відстані між зорями досить близькі, особливо центрі скупчення. Кулясті зоряні скупчення складаються з сотень тисяч та мільйонів зір, які утворюють в просторі кулю діаметром до 300 св. років. В більшості вони складаються з маломасивних зір на пізніх стадіях еволюції (старих зір). Вік кулястих скупчень оцінюють у 10-12 млрд. років. Відстані між зорями досить близькі, особливо центрі скупчення.

Розсіяні зоряні скупчення мають кілька десятків, сотень чи тисяч зір. Їх розміри становлять 10-20 св. років. У таких скупченнях багато масивних яскравих зір головної послідовності, а також змінних, спалахуючих зір. Вік зір біля 1 млрд. років (молоді зорі). Наше Сонце входить до одного з таких скупчень. Розсіяні зоряні скупчення мають кілька десятків, сотень чи тисяч зір. Їх розміри становлять 10-20 св. років. У таких скупченнях багато масивних яскравих зір головної послідовності, а також змінних, спалахуючих зір. Вік зір біля 1 млрд. років (молоді зорі). Наше Сонце входить до одного з таких скупчень.

У зоряні асоціації входять відносно молоді зорі, які мають спільне походження. У зоряні асоціації входять відносно молоді зорі, які мають спільне походження.

Не лише зорі заповнюють космічний простір. Міжзоряний простір заповнений розрідженим пилом та газом (концентрація – 1 частинка на 10 см3). З часом під дією гравітації такі хмари пилу та газу згущуються, утворюючи хмари – дифузні туманності. Не лише зорі заповнюють космічний простір. Міжзоряний простір заповнений розрідженим пилом та газом (концентрація – 1 частинка на 10 см3). З часом під дією гравітації такі хмари пилу та газу згущуються, утворюючи хмари – дифузні туманності.

Пилові туманності, що поглинають світло, є темними (наприклад, знаменита туманність Кінська голова). Газові туманності, що містять дуже гарячу зорю всередині, світяться під дією її випромінювання, тому здаються світлими. Пилові туманності, що поглинають світло, є темними (наприклад, знаменита туманність Кінська голова). Газові туманності, що містять дуже гарячу зорю всередині, світяться під дією її випромінювання, тому здаються світлими.

Залишки вибухів нових та наднових зір утворюють планетарні туманності. Залишки вибухів нових та наднових зір утворюють планетарні туманності.

2. Наша Галактика

Галактику часто зображують як зоряну систему у вигляді велетенського млинця, у якому зорі рухаються в одній площині. Більшість зір розміщуються приблизно в одній площині, тому їх видно на небі як туманну світлу смугу, яку в Україні називають Чумацький Шлях. Галактику часто зображують як зоряну систему у вигляді велетенського млинця, у якому зорі рухаються в одній площині. Більшість зір розміщуються приблизно в одній площині, тому їх видно на небі як туманну світлу смугу, яку в Україні називають Чумацький Шлях.

Назва Галактика прийшла з Давньої Греції і в перекладі означає Молочний Шлях. Зверніть увагу, що всі яскраві зорі (сузір'я Оріон, Лебідь, Ліра, Орел) розташовуються у смузі Молочного Шляху. У цій площині розташовується значна частина газопилових туманностей, з яких утворюються нові покоління зір і планет. Усі ці об'єкти формують так звану плоску складову Галактики, до якої входить і Сонячна система. Назва Галактика прийшла з Давньої Греції і в перекладі означає Молочний Шлях. Зверніть увагу, що всі яскраві зорі (сузір'я Оріон, Лебідь, Ліра, Орел) розташовуються у смузі Молочного Шляху. У цій площині розташовується значна частина газопилових туманностей, з яких утворюються нові покоління зір і планет. Усі ці об'єкти формують так звану плоску складову Галактики, до якої входить і Сонячна система.

Старі зорі малої світності, які входять у кулясті скупчення, належать до сферичної складової Галактики. За хімічним складом зорі кулястих скупчень містять у сотні разів менше важких хімічних елементів, ніж Сонце, бо це зорі першого покоління, які сформувалися разом з утворенням Галактики ще 10—15 млрд. років тому. Зародження молодих зір і планетних систем зараз відбувається тільки у площині Галактики, де газопилові туманності утворюються після вибуху Нових та Наднових зір. Старі зорі малої світності, які входять у кулясті скупчення, належать до сферичної складової Галактики. За хімічним складом зорі кулястих скупчень містять у сотні разів менше важких хімічних елементів, ніж Сонце, бо це зорі першого покоління, які сформувалися разом з утворенням Галактики ще 10—15 млрд. років тому. Зародження молодих зір і планетних систем зараз відбувається тільки у площині Галактики, де газопилові туманності утворюються після вибуху Нових та Наднових зір.

Наша Галактика Кількість зір - 4*1011 Маса - 7*1011 мас Сонця Діаметр диска - 3*105 св. років Відстань Сонця до центра - 30 000 св. років Галактичний рік - 2,5*108 років

3. Центр Галактики Центр Галактики розташований у напрямку сузір'я Стрільця, але ця область захована від нас величезними хмарами пилу, який поглинає випромінювання у видимій частині спектра.

У центрі Галактики розміщене ядро діаметром 1000— 2000 пк. Існує гіпотеза, що у ядрі Галактики розташовується чорна діра з масою у мільйони разів більшою, ніж маса Сонця. У центрі Галактики, поблизу ядра, існує своєрідна опуклість — округлий виступ, де концентруються зорі й хмари гарячого газу, які розміщуються від нас на відстані майже 10000 пк. У центрі Галактики розміщене ядро діаметром 1000— 2000 пк. Існує гіпотеза, що у ядрі Галактики розташовується чорна діра з масою у мільйони разів більшою, ніж маса Сонця. У центрі Галактики, поблизу ядра, існує своєрідна опуклість — округлий виступ, де концентруються зорі й хмари гарячого газу, які розміщуються від нас на відстані майже 10000 пк.

3. Обертання зір у Галактиці Сонце розташоване поблизу площини Галактики на відстані 25 000 св. років від її ядра. Вектор швидкості Сонця відносно найближчих зір спрямований до сузір'я Геркулес. Разом з усіма сусідніми зорями Сонце обертається навколо ядра Галактики зі швидкістю 250 км/с. Період обертання Сонця навколо ядра називається галактичним роком, який дорівнює 250 000 000 земних років.

Якщо зорі плоскої складової обертаються навколо центра Галактики поблизу однієї площини, то зорі сферичної складової об'єднані у величезні кулясті скупчення, що обертаються навколо центра по витягнутих орбітах у різних площинах. До того ж, період обертання цих скупчень показує, що значна маса Галактики розподілена саме у сферичній складовій. Це можуть бути об'єкти малої маси, які не випромінюють енергію у видимій частині спектра, або чорні діри малої маси. Якщо зорі плоскої складової обертаються навколо центра Галактики поблизу однієї площини, то зорі сферичної складової об'єднані у величезні кулясті скупчення, що обертаються навколо центра по витягнутих орбітах у різних площинах. До того ж, період обертання цих скупчень показує, що значна маса Галактики розподілена саме у сферичній складовій. Це можуть бути об'єкти малої маси, які не випромінюють енергію у видимій частині спектра, або чорні діри малої маси.

Однією з таємниць Галактики є так звані спіральні рукави, які зароджуються десь біля її центра. Сонце розташовується на периферії одного з таких рукавів, що закручений у площині галактичного диска. Астрономи вважають, що спіральні рукави виникають як спіральні хвилі густини, які створюються під час стиснення хмар міжзоряного газу на початковому етапі формування зір. Однією з таємниць Галактики є так звані спіральні рукави, які зароджуються десь біля її центра. Сонце розташовується на периферії одного з таких рукавів, що закручений у площині галактичного диска. Астрономи вважають, що спіральні рукави виникають як спіральні хвилі густини, які створюються під час стиснення хмар міжзоряного газу на початковому етапі формування зір.

У свою чергу, при виникненні зір у міжзоряних хмарах газу та пилу виникають ударні хвилі, що призводить до утворення молодих зір. Коли масивні зорі спалахують як Наднові, то теж утворюються нові туманності, й нові ударні хвилі поширюються у міжзоряному просторі. Тобто формування однієї групи зір забезпечує створення механізму для утворення нового покоління зір. Цей процес інколи називають формуванням зір за допомогою саморозмноження. Такий перебіг подій може формувати спіральні хвилі густини не тільки в нашій Галактиці, але й в інших спіральних галактиках. У свою чергу, при виникненні зір у міжзоряних хмарах газу та пилу виникають ударні хвилі, що призводить до утворення молодих зір. Коли масивні зорі спалахують як Наднові, то теж утворюються нові туманності, й нові ударні хвилі поширюються у міжзоряному просторі. Тобто формування однієї групи зір забезпечує створення механізму для утворення нового покоління зір. Цей процес інколи називають формуванням зір за допомогою саморозмноження. Такий перебіг подій може формувати спіральні хвилі густини не тільки в нашій Галактиці, але й в інших спіральних галактиках.

4. Найближчі сусіди Галактики Спостерігаючи інші галактики, астрономи звернули увагу на те, що не всі вони мають спіральну структуру. За зовнішнім виглядом існують три типи галактик — спіральні, еліптичні та неправильні.

Наша Галактика, так само як і галактика в сузір'ї Андромеди М31, належить до спіральних. Вони мають схожий вигляд, майже однакові розміри і приблизно однакову кількість зір. Галактика М31 розташована на відстані 2 млн. св. років від Землі — це найдальший об'єкт у Всесвіті, який ще можна спостерігати неозброєним оком. Найближчі до нас галактики, Велику та Малу Магелланові Хмари (ВМХ, ММХ), можна побачити на небі Південної півкулі. У спіральних рукавах галактик зараз відбувається інтенсивне народження молодих зір та формування планетних систем, у той час як в еліптичних галактиках більше старих жовтих та червоних зір. Можливо, що в еліптичних галактиках процес утворення зір уже закінчився. Наша Галактика, так само як і галактика в сузір'ї Андромеди М31, належить до спіральних. Вони мають схожий вигляд, майже однакові розміри і приблизно однакову кількість зір. Галактика М31 розташована на відстані 2 млн. св. років від Землі — це найдальший об'єкт у Всесвіті, який ще можна спостерігати неозброєним оком. Найближчі до нас галактики, Велику та Малу Магелланові Хмари (ВМХ, ММХ), можна побачити на небі Південної півкулі. У спіральних рукавах галактик зараз відбувається інтенсивне народження молодих зір та формування планетних систем, у той час як в еліптичних галактиках більше старих жовтих та червоних зір. Можливо, що в еліптичних галактиках процес утворення зір уже закінчився.

5. Розподіл галактик у Всесвіті Спостерігаючи гравітаційну взаємодію планет і зір, астрономи звернули увагу на своєрідну ієрархічну структуру руху космічних тіл: Планети та їхні супутники, що обертаються навколо своєї зорі. Зоряні скупчення, які налічують тисячі й навіть мільйони об'єктів. Галактики об'єднують у спільне гравітаційне поле сотні мільярдів зір, які обертаються навколо одного ядра. Скупчення галактик, які налічують мільйони об'єктів.

Наша Галактика й галактика М31 входять до Місцевої групи галактик. Найбільші скупчення галактик спостерігаються у сузір'ях Діви та Волосся Вероніки. У цьому напрямку астрономи відкрили своєрідну Велику стіну, де на відстані 500 млн св. років виявляється значне збільшення кількості галактик у порівнянні з іншими напрямками. Наша Галактика й галактика М31 входять до Місцевої групи галактик. Найбільші скупчення галактик спостерігаються у сузір'ях Діви та Волосся Вероніки. У цьому напрямку астрономи відкрили своєрідну Велику стіну, де на відстані 500 млн св. років виявляється значне збільшення кількості галактик у порівнянні з іншими напрямками.

Окремі галактики взаємодіють між собою, навіть відбуваються їхні зіткнення, коли одна галактика поглинає іншу,— спостерігається своєрідний галактичний «канібалізм». На останній, четвертій, ступені ієрархічної структури скупчення галактик майже не взаємодіють між собою, тому не виявлено якогось спільного центра, навколо якого могли б обертатися мільйони галактик. Окремі галактики взаємодіють між собою, навіть відбуваються їхні зіткнення, коли одна галактика поглинає іншу,— спостерігається своєрідний галактичний «канібалізм». На останній, четвертій, ступені ієрархічної структури скупчення галактик майже не взаємодіють між собою, тому не виявлено якогось спільного центра, навколо якого могли б обертатися мільйони галактик.

Ще однією характерною рисою розподілу галактик у просторі є те, що вони розміщені у Всесвіті у великому масштабі не хаотично, а утворюють дуже дивні структури, які нагадують величезні сітки з волокон. Ці волокна оточують гігантські, відносно пусті області — порожнечі. Деякі порожнечі мають діаметр 300 млн св. років — на сьогодні це найбільші відомі утворення у Всесвіті. Ще однією характерною рисою розподілу галактик у просторі є те, що вони розміщені у Всесвіті у великому масштабі не хаотично, а утворюють дуже дивні структури, які нагадують величезні сітки з волокон. Ці волокна оточують гігантські, відносно пусті області — порожнечі. Деякі порожнечі мають діаметр 300 млн св. років — на сьогодні це найбільші відомі утворення у Всесвіті.

Імовірнішим поясненням цієї волокнистої структури Всесвіту є те, що галактики у просторі розташовані на поверхні величезних бульбашок, а порожнечі є їхньою внутрішньою областю. З поверхні Землі нам тільки здається, що галактики розташовані подібно до намиста, яке нанизане на волокнах, бо ми їх бачимо на обідках величезних космічних бульбашок. Найбільшим із таких космічних волокон у структурі галактик і є Велика Стіна завдовжки 600 млн св. років і завширшки 200 млн св. років. Просторова модель Всесвіту нагадує шматок пемзи, який у цілому має однорідну структуру, але окремі об'єкти мають порожнини. Імовірнішим поясненням цієї волокнистої структури Всесвіту є те, що галактики у просторі розташовані на поверхні величезних бульбашок, а порожнечі є їхньою внутрішньою областю. З поверхні Землі нам тільки здається, що галактики розташовані подібно до намиста, яке нанизане на волокнах, бо ми їх бачимо на обідках величезних космічних бульбашок. Найбільшим із таких космічних волокон у структурі галактик і є Велика Стіна завдовжки 600 млн св. років і завширшки 200 млн св. років. Просторова модель Всесвіту нагадує шматок пемзи, який у цілому має однорідну структуру, але окремі об'єкти мають порожнини.

6. Розширення Всесвіту У 1929 р. американський астроном Е. Габбл досліджу-вав спектри галактик і звернув увагу на те, що лінії поглинання у всіх спектрах зміщені в червоний бік. Згідно з ефектом Допплера, це свідчить про те, що всі галактики від нас віддаляються.

Крім того, за допомогою величини зміщення спектральних ліній можна визначити швидкість, з якою галактики віддаляються. Виявилося, що швидкість, з якою «тікають» від нас інші галактики, збільшується прямо пропорційно відстані до цих галактик (закон Габбла): Крім того, за допомогою величини зміщення спектральних ліній можна визначити швидкість, з якою галактики віддаляються. Виявилося, що швидкість, з якою «тікають» від нас інші галактики, збільшується прямо пропорційно відстані до цих галактик (закон Габбла): V=H·r де V — швидкість галактики, Н — стала Габбла, r — відстань до галактики в мегапарсеках. За останніми вимірами Н70 км/(с*Мпк).

7. Моделі Всесвіту Для побудови моделі Всесвіту необхідно дати відповідь на таке запитання: «Чи має Всесвіт якусь межу у просторі?». Нескінченний і безмежний у просторі та часі Всесвіт привертає до себе увагу тим, що він не має країв і містить нескінченну кількість зір та галактик. Але в такому вічному та безмежному Всесвіті виникають суперечності, які в астрономії називають космологічними парадоксами.

Існують три космологічні парадокси: фотометричний, гравітаційний та «теплої смерті» Всесвіту. Існують три космологічні парадокси: фотометричний, гравітаційний та «теплої смерті» Всесвіту. Ми розглянемо тільки фотометричний парадокс, який був сформульований у 1744 р. швейцарським астрономом Ж.Шезо та доповнений німецьким астрономом І.Ольберсом у 1826 р. Коротко суть цього парадокса можна виразити в такому запитанні: «Якщо Всесвіт нескінченний, то чому вночі темно?».

Здається, що на це запитання зможе відповісти кожний учень, адже зміну дня і ночі вивчають у початковій школі. Але треба пам'ятати: над нічною поверхнею Землі світить безліч зір безмежного Всесвіту, які випромінюють нескінченну кількість енергії, тому освітлення від зір і галактик має бути не меншим за освітлення, яке створює Сонце. Але з власного досвіду ми бачимо, що вночі небо набагато темніше, ніж удень. Здається, що на це запитання зможе відповісти кожний учень, адже зміну дня і ночі вивчають у початковій школі. Але треба пам'ятати: над нічною поверхнею Землі світить безліч зір безмежного Всесвіту, які випромінюють нескінченну кількість енергії, тому освітлення від зір і галактик має бути не меншим за освітлення, яке створює Сонце. Але з власного досвіду ми бачимо, що вночі небо набагато темніше, ніж удень.

Математики запропонували таку модель Всесвіту, у якій можна спростувати фотометричний парадокс. Всесвіт може бути безмежним, але скінченним. В одновимірному просторі такий безмежний скінченний світ — це звичайне коло або будь-яка інша замкнена крива. Зачинений двовимірний простір — поверхня сфери, яка не має межі, але площа поверхні сфери є скінченною величиною. Математики запропонували таку модель Всесвіту, у якій можна спростувати фотометричний парадокс. Всесвіт може бути безмежним, але скінченним. В одновимірному просторі такий безмежний скінченний світ — це звичайне коло або будь-яка інша замкнена крива. Зачинений двовимірний простір — поверхня сфери, яка не має межі, але площа поверхні сфери є скінченною величиною.

Ми живемо у тривимірному просторі, і важко уявити собі такий закритий Всесвіт, який не має межі, але має скінченний об'єм і, отже, обмежену кількість зір і галактик. У такому Всесвіті немає центра, всі точки в ньому рівноправні й у всіх напрямках простір однорідний. На практиці важко перевірити, у якому просторі мешкають якісь істоти, і дізнатися, чи є простір скінченним. Ми живемо у тривимірному просторі, і важко уявити собі такий закритий Всесвіт, який не має межі, але має скінченний об'єм і, отже, обмежену кількість зір і галактик. У такому Всесвіті немає центра, всі точки в ньому рівноправні й у всіх напрямках простір однорідний. На практиці важко перевірити, у якому просторі мешкають якісь істоти, і дізнатися, чи є простір скінченним.

Якщо простір закритий, то мандрівник, подорожуючи в одному напрямку, може зробити кругосвітню мандрівку й повернутися в точку старту. В історії земної цивілізації першу таку подорож здійснив Магеллан (1480—1521), який довів, що поверхня Землі є закритим двовимірним простором. Якщо простір закритий, то мандрівник, подорожуючи в одному напрямку, може зробити кругосвітню мандрівку й повернутися в точку старту. В історії земної цивілізації першу таку подорож здійснив Магеллан (1480—1521), який довів, що поверхня Землі є закритим двовимірним простором. У тривимірному Всесвіті космонавти ніколи не зможуть завершити таку навколосвітню мандрівку, тому перевірку можна зробити тільки за допомогою теоретичних міркувань.

Висновки Всесвіт має складну комірчасту структуру, у якій відбувається гравітаційна взаємодія всіх космічних тіл. Навколо зір обертаються інші зорі й планети. Крім того, зорі утворюють величезні скупчення, які налічують сотні тисяч і мільйони об'єктів. У спільному полі тяжіння галактик розташовуються уже сотні мільярдів зір, які обертаються навколо спільного центра. Галактики теж утворюють окремі скупчення, які розміщені у великому масштабі не хаотично, а утворюють дуже дивні структури, що нагадують величезні сітки з волокон. Ми живемо у Всесвіті, який розширюється у безмежному просторі.

Тести