Тема 2. Современные представления о структуре и происхождении Вселенной. Солнечная система. Планета Земля.

I. Происхождение и строение Вселенной

Вселенная — это весь окружающий нас материальный мир, вся совокупность материальных объектов, качественно различных форм материи (возраст: 13,7 млрд. лет, вес более 10⁵⁰ тонн, размер наблюдаемой части Вселенной (Метагалактики): 13,7 млрд. световых лет (примерно 10²⁶ м)

По современным представлениям, согласно теории Большого взрыва, разработанной в 1946 году советским физиком-теоретиком Георгием Анатольевичем Гаммовым (1904-1968), Вселенная возникла 13,7 ± 0,13 млрд. лет назад из некоторого начального сингулярного состояния с гигантскими температурой и плотностью и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.

!!! Температура современной Вселенной в среднем равна – 269 градусов Цельсия

Суть теории: 1) Эволюция Вселенной началась 13,5 ± 0,11 млрд. лет назад. 2) До самого взрыва не существовало ни вещества, ни времени, ни пространства. 3) Первоначально вся материя была сжата в одну «точку», имевшую необычайно высокую температуру, а затем эта «точка» взорвалась с огромной силой. 4) Взрыв, который произошел одновременно везде, заполнил с самого начало всё пространство 5) В момент рождения Вселенной наблюдалось ее стремительное расширение, скорость которое со временем постепенно снизилась 6) Температура и плотность Вселенной после взрыва снижалась

Теория Г.А.Гамова позволила распределить по времени и по температуре стадии образования Вселенной:

В первую секунду после взрыва:

- температура Вселенной снизилась с 10 млрд. градусов до 10 тыс. млн. градусов

- вначале образовалось излучение (фотоны) и частицы вещества (кварки и антикварки),

- затем Вселенная заполнилась различными элементарными частицами античастицами, среди которых преобладали электроны и позитроны (отрицательные и положительные частицы с одинаковой массой) и нейтрино различных типов (призрачных частиц, не имеющих вообще ни массы, ни электрического заряда).

- кроме того, имелась небольшая примесь более тяжелых частиц — протонов и нейтронов (пропорции составляли примерно один протон и один нейтрон на каждую тысячу миллионов электронов, или позитронов, или нейтрино, или фотонов)

- электроны, позитроны, нейтрино и фотоны непрерывно рождались из чистой энергии и затем весьма быстро аннигилировали с античастицами, в связи с чем, во Вселенной преобладало излучение.

К концу третьей минуты:

- Вселенная содержала главным образом свет (фотоны), нейтрино и антинейтрино, а также небольшое количество электронов

- температура снизилась до 1 тыс. млн. градусов и благодаря этому:

- из протонов и нейтронов образовались ядра водорода (дейтерия) и гелия (в соотношении 73% к 27%)

Через 400 тысяч лет:

- Вселенная остыла до 1 млн. градусов

- ядра гелия и протоны смогли удержать возле себя электроны (так образовались атомы гелия и водорода).

- излучение, не сдерживаемое больше свободными электронами, смогло распространиться на значительные расстояния.

!!! В настоящее время отголоски этого излучения наблюдаются со всех сторон Вселенной и получили название «реликтовое излучение». Его обнаружение и существование подтверждает теорию Большого взрыва.

Через 1 млрд. лет:

- температура снизилась до 5460 градусов;

- в однородной Вселенной в тех или иных местах образовались сгущения, они стали зачатками больших уплотнений и центрами концентрации вещества

- начался период формирования звезд, галактик и т.д.

Метагалактика - часть наблюдаемой Вселенной, доступной для изучения современными астрономическими методами. Она представляет собой совокупность звездных систем - галактик, а ее структура определяется их распределением в пространстве, заполненным чрезвычайно разреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами.

М етагалактика

М ежгалактический газ Скопления галактик Межгалактические лучи

Системы галактик

Группы галактик

Г алактики

С копление звезд Туманности

Звезды Межзвездное пространство Пыль Газ

Разреженный Электромагнитное

межзвездный газ и гравитационное

поля

II. Наша галактика называется «Млечный Путь»

Древние греки называли его galaxias, т.е. молочный круг. Согласно древнегреческой легенде, Зевс решил сделать своего сына от смертной женщины Геракла бессмертным, и для этого подложил его спящей жене Гере, чтобы Геракл выпил божественного молока. Гера, проснувшись, увидела, что кормит не своего ребёнка, и оттолкнула его от себя. Брызнувшая из груди богини струя молока превратилась в Млечный Путь.

Уже первые наблюдения в телескоп, проведенные Галилеем, показали, что Млечный Путь – это скопление очень далеких и слабых звезд. Нам он видится как тянущаяся через все небо светлая полоса с молочным оттенком.

		Млечный Путь - огромная, гравитационно связанная система, содержащая около 200 миллиардов звезд (из которых лишь 2 миллиарда звезд доступно наблюдениям), тысячи гигантских облаков газа и пыли, скоплений и туманностей. Млечный Путь сжат в плоскости и в профиль похож на «летающую тарелку». Состоит из трех основных частей: 1.Центральная часть Галактики (ядро), которая состоит из миллиардов старых звезд; 2.Относительно тонкий диск из звезд, газа и пыли диаметром 100 000 световых лет и толщиной несколько тысяч световых лет; 3.Сферическое гало (корона), содержащее карликовые галактики, шаровые звездные скопления, отдельные звезды, группы звезд и горячий газ. 4. Кроме этого, Галактика содержит темную материю, которой гораздо больше, чем всего видимого вещества во всех диапазонах. По последним данным у нашей Галактики есть как минимум 5 спиральных рукавов: - 2 основных (начинаются от концов перемычки) Центавра и Персея - 3 малых (внутренних) Ориона, Стрельца и Лебедя На внутреннем краю рукава Ориона на расстоянии около 3 х10^20 м от ядра находится Солнце
Диаметр Галактики	около 30 тысяч парсек (порядка 100 000 световых лет)
Средняя толщина	1000 световых лет.
Количество звезд	2-4×10^11  (от 200 до 400 миллиардов) звёзд
Масса	3×10^12 масс Солнца или 6×10^42 кг.
Галактика вращается вокруг своего центра и летит со скоростью 600 км/с. Скорость движения Солнца вокруг центра Галактики равна 250 км/с. Полный оборот по своей орбите Солнце делает примерно за 200 миллионов (2х108) лет - галактический год.