11

Раздел II космологическая модель вселенной (мегамир)

Глава 1

Вселенная

Вселенная – это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве, бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Космология – наука о Вселенной в целом, ее строении, происхождении и эволюции. Вселенная – это непростая совокупность небесных тел, в ней постоянно происходят сложные физические процессы. Этим изучение Вселенной представляет большой интерес для современного естествознания. В космосе можно изучать такие состояния и изменения материи, которые недостижимы на Земле. Космология основывается на физике, математике и философии. Часть Вселенной, охваченной астрономическими наблюдениями, называется Метагалактикой. Радиус космического горизонта составляет 15 – 20 млрд. световых лет.

Материя во Вселенной представлена сконденсировавшимися космическими телами (звезды) и диффузной материей. Диффузная материя существует в виде разобщенных атомов и молекул, а также более плотных образований – гигантских облаков пыли и газа (газо – пылевых туманностей).

Все пространство Вселенной представляет собой физический вакуум, вмещающий весь материальный мир и определяющий его существование на основе взаимодействия полей: слабого, сильного, гравитационного и электромагнитного. Именно они управляют движением и эволюцией материального мира, являются источниками энергии, движения, рождения и смерти объектов материального мира.

Пространство пронизано движением и существованием различных физических полей, которые определяют сущность существования материи. Во Вселенной не ничего, кроме пространства и времени, восклицали наши предки. Во Вселенной нет ничего, кроме физического вакуума, полей и материи, объединенных движением, говорит современная физика.

1.1. Исследование Вселенной

Звезды изучает астрономия (от греч. «astron» - звезда и «nomos» - закон) – наука о строении и развитии космических тел и их систем. Основным методом астрономических исследований являются наблюдения. В результате наблюдений ученые получают свыше 90 % информации о космических процессах, явлениях и объектах. Огромные расстояния обусловливают единственно возможный способ изучения Вселенной, состоящий в регистрации излучений. При этом следует учитывать, что регистрируемый в данный момент времени на Земле сигнал является характеристикой процесса, который шел в источнике излучений несколько лет или десятков и даже сотен лет назад.

В настоящее время ученые научились фиксировать следующие типы излучений:

- свет – излучение в оптическом диапазоне, воспринимаемые глазом человека, длина волны около 10^-7м;

- инфракрасное излучение с длиной волны от 10^-6м до 1 см;

- микроволновое излучение (от 1 см до 1 м);

- радиоволны (от 1 м и более);

- ультрафиолетовое излучение;

- рентгеновское излучение;

- гамма – излучение;

- космические лучи.

В зависимости от характера исследуемого излучения астрономию стали подразделять на оптическую и радиоастрономию, инфракрасную, ультрафиолетовую, рентгеновскую и гамма – астрономию. Астрономия делится на небесную механику, радиоастрономию, астрофизику и другие дисциплины.

Первая особенность астрономических наблюдений состоит в том, что наблюдения пассивны и иногда требуют очень длительных сроков. Мы не можем активно влиять на небесные тела и проводить эксперименты с ними. Лишь космонавтика дала в этом отношении некоторые возможности. Вторая особенность астрономических исследований состоит в том, что мы наблюдаем положение небесных тел и их движения с Земли, которая сама находится в сложном движении. Вид неба для земного наблюдателя зависит и от того, в каком месте Земли он находится, и в какое время он наблюдает. Например, когда у нас зимний день, в южной Америке летняя ночь, и наоборот.

Третья особенность астрономических наблюдений состоит в том, что при наблюдениях во многих случаях мы производим угловые измерения и ниже из них делаем выводы о линейных расстояниях и размерах тел, Все светила так далеки от нас, что ни на глаз, ни в телескоп нельзя решить, какое из них ближе, какое дальше. Все они кажутся одинаково далекими. Мы говорим, что на небе две звезды близки друг к другу, если близки друг к другу направления, по которым мы их видим.

Единицы измерений в астрономии

Поскольку в природе ничто не может двигаться быстрее скорости света, мы можем утверждать, что размеры Вселенной не превосходят 2 С∙Т, где С – скорость света, а Т – возраст Вселенной. Следовательно, верхнюю границу размеров Вселенной мы можем оценить, как 2∙ 3∙ 10⁸∙15 ∙10⁹∙365 ∙24 ∙60 ∙60 = 5,2 ∙10²⁶м. Эта цифра настолько большая, что ее трудно осознать. Для астрономических измерений метр не очень подходящая мера длины.

В астрономии удобнее расстояния измерять в световых годах. Световой год – это расстояние, которое свет проходит за астрономический год, мы можем рассчитать это расстояние в метрах: 1 световой год = 3·10⁸ ∙ 365 ∙24 ∙60 ∙60 = 9,46 ∙10¹⁵м.

Еще одной удобной для астрономии единицей является величина, называемая парсек. За счет движения Земли вокруг Солнца звезда, наблюдаемая с Земли, в разные времена видна под различными углами. Видимое изменение положения небесного светила вследствие перемещения наблюдателя называется параллаксом. Различают параллакс, обусловленный вращением Земли (суточный параллакс), обращением Земли вокруг Солнца (годичный параллакс) и движением Солнечной системы в Галактике (вековой параллакс). Парсек – (сокр. от параллакс и секунда) – астрономическая единица измерения звездных расстояний, равная 3,26 световых лет. Самым дальним объектом, открытым на сегодняшний день, является квазар на расстоянии 8 млрд. световых лет от нас. Если учесть, что радиус Вселенной не более чем 15 млрд. световых лет, то не так уж много осталось, чтобы увидеть саму границу.

В Солнечной системе основной единицей измерения служит астрономическая единица. Это среднее расстояние от Земли до Солнца, принятое за 150 млн. км.