Instrucțiuni
„Abisul s-a deschis, plin de stele; nu există un număr de stele, fundul prăpastiei ", a scris geniul om de știință rus Mihail Vasilievici Lomonosov într-una din poeziile sale. Aceasta este o afirmație poetică a infinitului universului.
Vârsta „existenței” Universului observabil este de aproximativ 13,7 miliarde de ani pe Pământ. Lumina care vine din galaxiile îndepărtate „de la marginea lumii” călătorește pe Pământ de peste 14 miliarde de ani. Se pare că dimensiunile diametrice ale universului pot fi calculate de aproximativ 13,7 ori două, adică 27,4 miliarde de ani lumină. Modelul sferic are o dimensiune radială de aproximativ 78 miliarde de ani lumină și un diametru de 156 miliarde de ani lumină. Aceasta este una dintre cele mai recente versiuni ale oamenilor de știință americani, rezultatul a mulți ani de observații și calcule astronomice.
Există 170 de miliarde de galaxii ca a noastră în universul observabil. Al nostru se află, parcă, în centrul unei mingi uriașe. Din cele mai îndepărtate obiecte spațiale, lumina relicvei este vizibilă - fantastic de antică din punctul de vedere al omenirii. Dacă pătrundeți foarte adânc în sistemul spațiu-timp, puteți vedea tinerețea planetei Pământ.
Există o limită de vârstă finită pentru obiectele spațiale luminoase observate de pe Pământ. După calcularea limitei de vârstă, știind timpul necesar luminii pentru a parcurge distanța dintre acestea și suprafața Pământului și cunoașterea constantei, vitezei luminii, conform formulei S \u003d Vxt (cale \u003d viteză înmulțită cu timpul) cunoscută de la școală, oamenii de știință au stabilit probabil mărimea universului observabil.
Reprezentarea universului ca o bilă tridimensională nu este singura modalitate de modelare a universului. Există ipoteze care sugerează că universul nu are trei, ci un număr infinit de dimensiuni. Există versiuni că, ca o păpușă cuibăritoare, constă dintr-un set infinit de formațiuni sferice imbricate și distanțate.
Există o presupunere că Universul este inepuizabil în funcție de diverse criterii și diferite axe de coordonate. Oamenii considerau că cea mai mică particulă de materie este un „corpuscul”, apoi o „moleculă”, apoi un „atom”, apoi „protoni și electroni”, apoi au început să vorbească despre particulele elementare, care s-au dovedit a fi deloc elementare , despre cuante, neutrini și quarcuri ... Și nimeni nu va oferi garanția că următorul Univers nu se află în interiorul următoarei supermicro-particule de materie. Și invers - că Universul vizibil nu este doar o microparticulă a materiei Super-Mega-Universului, ale cărui dimensiuni nici măcar nu sunt date nimănui pentru a le imagina și calcula, ci sunt atât de mari.
În zorii cosmologiei - știința care studiază Universul - s-a acceptat în general că oamenii de știință se înșeală adesea cu lucrurile mici, dar nu s-au îndoit niciodată la nivel global. În timpul nostru, erorile în calcule au fost reduse la minimum, dar îndoielile au crescut până la dimensiunea obiectului în studiu. De zeci de ani, cosmologii construiesc noi telescoape, inventând detectoare ingenioase, folosind supercalculatoare și, ca rezultat, pot afirma cu încredere că universul a început în urmă cu 13.820 milioane de ani dintr-o mică bulă din spațiul de mărimea unui atom. Pentru prima dată, oamenii de știință, cu o precizie de o zecime la sută, au creat o hartă a fundalului cosmic cu microunde - radiații relicve care au apărut la 380 de mii de ani după Big Bang.
Încă nu se știe ce este materia întunecată. Energia întunecată este un mister și mai mare.Cosmologii au concluzionat, de asemenea, că stelele și galaxiile pe care le vedem reprezintă doar 5% din compoziția Universului observat. Majoritatea sunt materie întunecată invizibilă (27%) și energie întunecată (68%). Potrivit oamenilor de știință, materia întunecată formează structura Universului, făcând legături între ele pâlcuri de materie împrăștiate în diferite colțuri ale acesteia, deși încă nu se știe care este această materie cea mai întunecată. Energia întunecată este un mister și mai mare, acest termen este de obicei folosit pentru a desemna o forță necunoscută responsabilă de expansiunea în continuă accelerare a Universului. Primul indiciu al existenței materiei întunecate omniprezente a fost cercetarea astronomului elvețian Fritz Zwicky. În anii 1930, la Observatorul Mount Wilson din sudul Californiei, Zwicky a măsurat viteza galaxiilor din clusterul Coma, orbitând în jurul centrului clusterului. El a ajuns la concluzia că galaxiile ar fi trebuit să se împrăștie cu mult timp în urmă în spațiul cosmic, dacă nu ar fi fost ținute de un fel de materie invizibilă pentru ochiul uman. Părul Veronica Cluster există în ansamblu de miliarde de ani, din care Zwicky a concluzionat că „materia întunecată umple Universul cu o densitate de multe ori mai mare decât omologul său vizibil”. Alte studii au arătat că câmpul gravitațional al materiei întunecate a jucat un rol decisiv în formarea galaxiilor în primele etape ale existenței Universului - forța gravitațională a adus împreună nori de „material de construcție” vitale pentru nașterea primele stele. Materia întunecată nu este doar materie barionică obișnuită (formată din protoni și neutroni) deghizată: pur și simplu este prea puțin din ea în spațiul cosmic. Desigur, există multe corpuri cerești care nu emit nimic: găuri negre, stele pitice slabe, grupuri reci de gaze și planete orfane, dintr-un motiv oarecare alungate din sistemele lor stelare native. Cu toate acestea, masa lor totală nu poate depăși în nici un fel masa materiei vizibile obișnuite de mai mult de cinci ori. Acest lucru oferă oamenilor de știință motive să creadă că materia întunecată constă din câteva particule mai exotice care nu au fost încă observate în experimente. Oamenii de știință implicați în construirea teoriei cuantice supersimetrice au sugerat existența diferitelor particule care ar putea fi potrivite pentru rolul materiei întunecate prețuite. Confirmarea modului în care interacționează slab materia întunecată nu numai cu materia barionică, ci și cu ea însăși, cosmologii au găsit la trei miliarde de ani lumină de Pământ în grupul Bullet, care este de fapt două grupuri de galaxii care se ciocnesc. Astronomii au identificat nori masivi de gaz fierbinte în centrul clusterului, de obicei formați atunci când norii de materie barionică se ciocnesc. Pentru studii suplimentare, cercetătorii au cartografiat câmpul gravitațional al Bullet Cluster și au identificat două regiuni cu concentrație mare de masă departe de zona de coliziune - una în fiecare dintre grupurile galactice care se ciocnesc. Observațiile au arătat că, spre deosebire de materia baryonică, care reacționează violent în momentul contactului direct, încărcăturile lor mai mari de materie întunecată trec calm de locul catastrofei în condiții de siguranță și sunet, fără a interacționa cu haosul care domnește în zonă. Detectoarele concepute de oameni de știință pentru căutarea materiei întunecate sunt incredibil de elegante din punct de vedere ingineresc - aici amintesc oarecum de ouăle Faberge, dintr-o privire la care chiar și maeștrii bijutieri sunt uluitori. Un astfel de detector, un spectrometru alfa magnetic de 2 miliarde de dolari de pe Stația Spațială Internațională, colectează date despre posibile coliziuni de particule de materie întunecată între ele. Majoritatea detectoarelor vizează căutarea urmelor de interacțiune dintre particulele de materie întunecată și baryonică, iar încercările de a le remedia se fac deja pe Pământ, sau mai bine zis, în subteran: pentru a minimiza interferențele provenite de la particulele cu raze cosmice de mare energie care sosesc din spațiul cosmic, complexele de cercetare trebuie plasate adânc sub suprafața pământului. Detectoarele sunt matrici de cristale răcite la temperaturi foarte scăzute, în timp ce altele arată ca niște containere uriașe umplute cu xenon lichid sau argon, înconjurate de senzori și ambalate într-o „ceapă” multistrat învelită într-o varietate de materiale de protecție (de la polietilenă la plumb și cupru). Un fapt interesant: plumbul topit recent are o radioactivitate scăzută, ceea ce este inacceptabil pentru construcția detectoarelor foarte sensibile. Experimentele folosesc un balast de plumb retopit, care a fost ridicat de pe navele scufundate ale Imperiului Roman. De-a lungul celor două milenii pe care metalul le-a întins la fundul mării, radioactivitatea sa a scăzut semnificativ. Crezi că există o mulțime de întrebări despre materia întunecată? Fleacuri simple în comparație cu ideile noastre de energie întunecată misterioasă! Laureatul Nobel pentru fizică din 1979 Steven Weinberg o consideră „problema centrală a fizicii moderne”. Astrofizicianul Michael Turner a inventat termenul „energie întunecată” după ce două grupuri de astronomi au anunțat în 1998 descoperirea expansiunii accelerate a universului. Au ajuns la această concluzie în timp ce studiau supernove de tip Ia, care au aceeași luminozitate maximă, deci pot fi utilizate pentru a măsura distanțele până la galaxiile îndepărtate. Interacțiunea gravitațională dintre galaxiile din grupurile lor ar trebui să limiteze expansiunea universului, iar astronomii se așteptau să vadă o încetinire a ratei de schimbare a distanțelor dintre grupurile de stele. Imaginați-vă surpriza lor când au dat seama că opusul este adevărat: universul se extinde și rata de expansiune crește în timp. Și acest proces a început, așa cum sugerează oamenii de știință, acum cinci până la șase miliarde de ani. În ultimii ani, astronomii s-au ocupat de cartografierea universului cu o precizie fără precedent. Acest lucru vă va ajuta să obțineți mai multe informații despre momentul exact în care apare energia întunecată și să determinați dacă aceasta rămâne constantă sau se modifică în timp. Dar posibilitățile telescoapelor și detectoarelor digitale nu sunt nelimitate, ceea ce înseamnă că, pentru a obține o teorie cosmologică mai precisă, este necesar să dezvoltăm și să construim noi instrumente - principiul a rămas neschimbat încă de la începutul astronomiei. Pentru a construi o astfel de hartă, au fost lansate mai multe proiecte, cum ar fi Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), în cadrul căruia, folosind un telescop de 2,5 metri la Observatorul American Apache Point, distanțele sunt măsurate în spațiu cu precizie ultra-mare). . Proiectul Dark Energy Survey (DES) colectează și studiază informații despre 300 de milioane (!) De galaxii, observațiile sunt efectuate la telescopul Victor Blanco de 4 metri, situat în Anzii chilieni. Agenția Spațială Europeană ESA intenționează să lanseze telescopul orbital Euclid în 2020, ceea ce ne va permite să privim în trecut și să înțelegem modul în care dinamica expansiunii Universului s-a schimbat de-a lungul a câteva miliarde de ani. Și odată cu lansarea Large Synoptic Survey Telescope (LSST), care este în construcție la câțiva kilometri de telescopul Blanco, cosmologii vor avea cantități uriașe de date unice. Relativ mic (diametrul oglinzii - 8,4 metri), dar suficient de rapid pentru fotografiere, LSST va fi echipat cu o cameră digitală de ultimă generație de 3,2 gigapixeli, permițându-vă să captați o porțiune corectă a cerului simultan. Cu ajutorul unui astfel de arsenal de instrumente sofisticate din punct de vedere tehnic, oamenii de știință speră să măsoare rata de expansiune a Universului, să afle dacă s-a schimbat de la apariția energiei întunecate și să înțeleagă locul acestuia din urmă în structura universului. Acest lucru ne va permite să tragem concluzii despre nici mai mult, nici mai puțin despre ceea ce așteaptă Universul în viitor și cum putem continua să-l studiem. Dacă se extinde într-un ritm din ce în ce mai mare, în întregime la mila energiei întunecate, cele mai multe galaxii vor fi aruncate din câmpul vizual celuilalt, lăsând niciun obiect pentru astronomii viitorului să poată observa, cu excepția celor mai apropiați vecini și a celor care se deschid. abis cosmic. Pentru a înțelege natura energiei întunecate , va trebui să regândim conceptele fundamentale ale spațiului în sine. Pentru o lungă perioadă de timp, spațiul dintre stele și planete a fost considerat absolut gol, deși Isaac Newton a spus că este extrem de dificil pentru el să-și imagineze cum gravitația poate ține Pământul pe orbita în jurul Soarelui dacă nu există altceva decât un vid . În secolul al XX-lea, teoria câmpului cuantic a arătat că, de fapt, spațiul nu este gol, ci, dimpotrivă, este pătruns peste tot de câmpuri cuantice. Principalele blocuri care alcătuiesc materia - protoni, electroni și alte particule - sunt în esență doar perturbări ale câmpurilor cuantice. Când energia câmpului este la minimum, spațiul pare gol. Dar dacă câmpul este deranjat, totul din jur prinde viață, umplându-se cu materie și energie vizibile. Matematicianul Luciano Boy compară spațiul cu suprafața apei dintr-un iaz alpin: devine vizibil când bate o briză ușoară, acoperind iazul cu valuri tremurânde. „Spațiul gol nu este cu adevărat gol”, a spus fizicianul american John Archibald Wheeler, „conține o fizică reală, plină de surprize și surprize”. Energia întunecată poate confirma puterea profetică profundă a cuvintelor lui Wheeler. Oamenii de știință se bazează pe teoria relativității generale a lui Einstein, acum un secol, pentru a înțelege mecanismele responsabile de inflația continuă a universului - care, după cum se dovedește, continuă să accelereze. Funcționează excelent pe obiecte la scară largă, dar se împiedică la nivel micro, unde teoria cuantică stăpânește mingea și unde se află soluția expansiunii mereu accelerate a spațiului. Pentru a explica energia întunecată, poate fi necesar ceva nou - ceva de genul teoriei cuantice a spațiului și a gravitației. Știința modernă se luptă cu o problemă aparent simplă: câtă energie - întunecată sau alta - este conținută într-o anumită zonă limitată a spațiului? Dacă vă bazați pe teoria cuantică pentru calcule, rezultatul este incredibil de mare. Și dacă astronomii sunt implicați în problemă, estimarea lor bazată pe observațiile energiei întunecate se va dovedi a fi disproporționat de mică. Diferența dintre cele două numere este uluitoare: de la 10 la puterea 121! Acesta este unul cu 121 de zerouri - mai mult decât numărul de stele din universul observabil și toate boabele de nisip de pe planeta noastră. Aceasta este cea mai semnificativă prejudecată din istoria științei, cauzată de neconcordanța dintre teorie și observația faptică. Evident, ne lipsește o proprietate fundamentală importantă a spațiului și, prin urmare, a tot ceea ce ne înconjoară și face parte din el - galaxii, stele, planete și noi înșine. Oamenii de știință nu au aflat încă cât de mare este diferența dintre cunoștințele noastre.
Ce știm despre univers, ce este cosmosul? Universul este o lume nemărginită, greu de înțeles de mintea umană, care pare ireală și imaterială. De fapt, suntem înconjurați de materie, nelimitată în spațiu și timp, capabili să își asume diferite forme. Pentru a înțelege adevărata scară a spațiului cosmic, modul în care funcționează Universul, structura universului și procesele de evoluție, trebuie să trecem pragul propriei percepții a lumii, să privim lumea din jurul nostru dintr-un alt mod. unghi, din interior.
Formarea Universului: primii pași
Spațiul pe care îl observăm prin telescoape este doar o parte a universului stelar, așa-numita Megagalaxie. Parametrii orizontului cosmologic Hubble sunt colosali - 15-20 miliarde de ani lumină. Aceste date sunt aproximative, deoarece în procesul de evoluție Universul este în continuă expansiune. Extinderea Universului are loc prin propagarea elementelor chimice și a radiației relicve. Structura universului se schimbă constant. Clustere de galaxii apar în spațiu, obiecte și corpuri ale Universului - acestea sunt miliarde de stele care formează elementele spațiului apropiat - sisteme de stele cu planete și sateliți.
Unde este începutul? Cum a apărut universul? Universul ar trebui să aibă o vechime de 20 de miliarde de ani. Poate că sursa materiei cosmice a fost un prototip fierbinte și dens, a cărui acumulare a explodat la un moment dat. Cele mai mici particule s-au format ca urmare a exploziei împrăștiate în toate direcțiile și continuă să se îndepărteze de epicentru în timpul nostru. Teoria Big Bang-ului, care domină acum în cercurile științifice, se potrivește cel mai bine cu descrierea formării universului. Substanța care a apărut ca urmare a cataclismului cosmic a fost o masă eterogenă formată din cele mai mici particule instabile, care coliziunea și împrăștierea au început să interacționeze între ele.
Big Bang-ul este o teorie a originii Universului care explică formarea sa. Conform acestei teorii, inițial a existat o anumită cantitate de substanță, care, ca urmare a anumitor procese, a explodat cu o forță extraordinară, împrăștiind masa mamei în spațiul înconjurător.
După ceva timp, după standardele cosmice - o clipă, după cronologia pământească - milioane de ani, a început etapa de materializare a spațiului. Din ce este făcut universul? Materia împrăștiată a început să se concentreze în aglomerări, mari și mici, în locul cărora au început să apară primele elemente ale Universului, mase imense de gaze - creșa viitoarelor stele. În majoritatea cazurilor, procesul de formare a obiectelor materiale din Univers este explicat de legile fizicii și termodinamicii, cu toate acestea, există o serie de puncte care încă sfidează explicația. De exemplu, de ce într-o parte a spațiului materia concentrată este mai concentrată, în timp ce într-o altă parte a universului, materia este extrem de rarefiată. Răspunsurile la aceste întrebări pot fi obținute numai atunci când mecanismul de formare a obiectelor spațiale, mari și mici, devine clar.
Acum procesul de formare a Universului se explică prin acțiunea legilor Universului. Instabilitatea gravitațională și energia din diferite zone au declanșat formarea protostelelor, care la rândul lor, sub influența forțelor centrifuge și a gravitației, au format galaxii. Cu alte cuvinte, în timp ce materia a continuat și continuă să se extindă, sub influența forțelor gravitaționale, au început procesele de compresie. Particulele de nori de gaz au început să se concentreze în jurul centrului imaginar, formând în cele din urmă un nou sigiliu. Hidrogenul molecular și heliul sunt elementele de bază ale acestui șantier gigant.
Elementele chimice ale Universului sunt principalul material de construcție din care s-au format ulterior obiectele Universului.
Apoi, legea termodinamicii începe să funcționeze, procesele de descompunere și ionizare sunt declanșate. Moleculele de hidrogen și heliu se descompun în atomi, din care, sub acțiunea forțelor gravitaționale, se formează miezul protostelului. Aceste procese sunt legile Universului și au luat forma unei reacții în lanț, care are loc în toate colțurile îndepărtate ale Universului, umplând universul cu miliarde, sute de miliarde de stele.
Evoluția Universului: Repere
Astăzi în cercurile științifice există o ipoteză despre natura ciclică a statelor din care este țesută istoria Universului. Ca urmare a exploziei de materii proto, acumulările de gaz au devenit pepiniere pentru stele, care la rândul lor au format numeroase galaxii. Cu toate acestea, după ce a ajuns la o anumită fază, materia din Univers începe să se străduiască pentru starea sa originală, concentrată, adică explozia și expansiunea ulterioară a materiei în spațiu sunt urmate de compresie și revenire la o stare superdensă, la punctul de plecare. Ulterior, totul se repetă, nașterea este urmată de final și tot așa timp de multe miliarde de ani, ad infinitum.
Începutul și sfârșitul universului în conformitate cu evoluția ciclică a universului
Cu toate acestea, omițând subiectul formării Universului, care rămâne o întrebare deschisă, ar trebui să se treacă la structura universului. În anii 30 ai secolului XX, a devenit clar că spațiul cosmic era împărțit în regiuni - galaxii, care sunt formațiuni uriașe, fiecare cu propria populație stelară. Mai mult, galaxiile nu sunt obiecte statice. Viteza de expansiune a galaxiilor din centrul imaginar al Universului este în continuă schimbare, dovadă fiind abordarea unora și distanța altora una față de cealaltă.
Toate aceste procese, în ceea ce privește durata vieții pământești, durează foarte încet. Din punctul de vedere al științei și al acestor ipoteze, toate procesele evolutive au loc rapid. Evoluția Universului poate fi împărțită condiționat în patru etape - epoci:
- era hadronică;
- era leptonului;
- era fotonului;
- era stelară.
Scara spațială a timpului și evoluția Universului, conform căreia poate fi explicată apariția obiectelor spațiale
În prima etapă, toată materia a fost concentrată într-o picătură nucleară mare, formată din particule și antiparticule, combinate în grupuri - hadroni (protoni și neutroni). Raportul dintre particule și antiparticule este de aproximativ 1: 1.1. Urmează procesul de anihilare a particulelor și antiparticulelor. Protonii și neutronii rămași sunt elementele de bază din care este format universul. Durata erei hadronice este neglijabilă, doar 0,0001 secunde - perioada unei reacții explozive.
Mai mult, după 100 de secunde, începe procesul de sinteză a elementelor. La o temperatură de un miliard de grade, în timpul fuziunii nucleare se formează molecule de hidrogen și heliu. În tot acest timp, substanța continuă să se extindă în spațiu.
Din acest moment, începe o lungă etapă de recombinare a nucleelor \u200b\u200bși a electronilor care formează atomi de hidrogen și heliu, de la 300 de mii la 700 de mii de ani. În acest caz, se observă o scădere a temperaturii substanței, iar intensitatea radiației scade. Universul devine transparent. Format în cantități colosale de hidrogen și heliu sub influența forțelor gravitaționale transformă universul primordial într-un șantier gigant. Milioane de ani mai târziu, începe era stelară - care este procesul de formare a protostelelor și a primelor protogalaxii.
Această împărțire a evoluției în etape se încadrează în modelul unui Univers fierbinte, care explică multe procese. Adevăratele cauze ale Big Bangului, mecanismul expansiunii materiei, rămân inexplicabile.
Structura și structura universului
Era stelară a evoluției Universului începe cu formarea hidrogenului gazos. Hidrogenul sub influența gravitației se acumulează în grupuri uriașe, cheaguri. Masa și densitatea acestor clustere sunt colosale, de sute de mii de ori mai mari decât masa galaxiei formate în sine. Distribuția inegală a hidrogenului observată în stadiul inițial al formării universului explică diferențele în dimensiunile galaxiilor formate. Acolo unde ar fi trebuit să existe acumularea maximă de hidrogen gazos, s-au format mega galaxii. Acolo unde concentrația de hidrogen era neglijabilă, au apărut galaxii mai mici, asemănătoare cu casa noastră stelară - Calea Lactee.
Versiunea conform căreia Universul este un punct de start-final în jurul căruia galaxiile se învârt în diferite stadii de dezvoltare
Din acest moment, Universul primește primele formațiuni cu limite clare și parametri fizici. Acestea nu mai sunt nebuloase, grupuri de gaze stelare și praf cosmic (produse de explozie) sau protocoale de materie stelară. Acestea sunt țări stelare, a căror zonă este imensă din punctul de vedere al minții umane. Universul devine plin de fenomene cosmice interesante.
Din punctul de vedere al justificării științifice și al modelului modern al universului, galaxiile s-au format mai întâi ca urmare a acțiunii forțelor gravitaționale. Materia a fost transformată într-un vârtej colosal universal. Procesele centripete au asigurat fragmentarea ulterioară a norilor de gaz în grupuri care au devenit locul de naștere al primelor stele. Protogalaxiile cu o perioadă de rotație rapidă s-au transformat în timp în galaxii spirale. Acolo unde rotația a fost lentă și s-a observat în principal procesul de comprimare a materiei, s-au format galaxii neregulate, adesea eliptice. În acest context, au avut loc procese mai grandioase în Univers - formarea de superclustere de galaxii, care sunt în contact strâns cu marginile lor între ele.
Superclusterele sunt numeroase grupuri de galaxii și grupuri de galaxii din structura pe scară largă a Universului. În termen de 1 miliard sv. ani, există aproximativ 100 de superclustere
Din acel moment, a devenit clar că Universul este o hartă uriașă, unde continentele sunt grupuri de galaxii, iar țările sunt mega-galaxii, iar galaxiile s-au format acum miliarde de ani. Fiecare dintre formațiuni este formată dintr-un grup de stele, nebuloase, grupuri de gaze interstelare și praf. Cu toate acestea, toată această populație reprezintă doar 1% din volumul total al formațiunilor universale. Volumul și volumul galaxiilor este ocupat de materia întunecată, a cărei natură nu este posibilă de aflat.
Diversitatea Universului: clase de galaxii
Prin eforturile astrofizicianului american Edwin Hubble, avem acum limitele Universului și o clasificare clară a galaxiilor care îl locuiesc. Clasificarea s-a bazat pe caracteristicile structurale ale acestor formațiuni uriașe. De ce galaxiile au forme diferite? Răspunsul la această întrebare și la multe alte întrebări este dat de clasificarea Hubble, conform căreia Universul constă din galaxii din următoarele clase:
- spirală;
- eliptic;
- galaxii neregulate.
Prima include cele mai comune formațiuni care umplu universul. O trăsătură caracteristică a galaxiilor spirale este prezența unei spirale pronunțate care se învârte în jurul unui miez luminos sau tinde spre o bară galactică. Galaxiile spirale cu un nucleu sunt notate cu simboluri S, în timp ce obiectele cu o bară centrală sunt deja etichetate SB. Această clasă include și galaxia noastră Calea Lactee, în centrul căreia miezul este împărțit de o bară luminoasă.
O galaxie spirală tipică. În centru, miezul este clar vizibil cu un pod de la capetele căruia se extind brațele spirale.
Astfel de formațiuni sunt împrăștiate în tot Universul. Cea mai apropiată galaxie spirală, Andromeda, este un gigant care se apropie rapid de Calea Lactee. Cel mai mare reprezentant cunoscut al acestei clase este galaxia gigantică NGC 6872. Diametrul discului galactic al acestui monstru este de aproximativ 522 mii de ani lumină. Acest obiect este situat la o distanță de 212 milioane de ani lumină de galaxia noastră.
Următoarea clasă comună de formațiuni galactice sunt galaxiile eliptice. Desemnarea lor în conformitate cu clasificarea Hubble este litera E (eliptică). Aceste formațiuni au formă elipsoidă. În ciuda faptului că există o mulțime de obiecte similare în Univers, galaxiile eliptice nu sunt foarte expresive. Acestea constau în principal din elipse netede care sunt umplute cu grupuri de stele. Spre deosebire de spiralele galactice, elipsele nu conțin grupuri de gaze interstelare și praf cosmic, care sunt principalele efecte optice ale vizualizării unor astfel de obiecte.
Un reprezentant tipic al acestei clase cunoscut astăzi este nebuloasa inelară eliptică din constelația Lyra. Acest obiect este situat la o distanță de 2.100 de ani lumină de Pământ.
Vedere a galaxiei eliptice Centaurus A prin CFHT
Ultima clasă de obiecte galactice care locuiesc în Univers sunt galaxii neregulate sau neregulate. Denumirea Hubble este simbolul latin I. Caracteristica principală este o formă neregulată. Cu alte cuvinte, astfel de obiecte nu au forme simetrice clare și un model caracteristic. În forma sa, o astfel de galaxie seamănă cu o imagine a haosului universal, unde grupurile de stele alternează cu nori de gaz și praf cosmic. Galaxiile neregulate sunt frecvente pe scara Universului.
La rândul lor, galaxiile neregulate sunt împărțite în două subtipuri:
- galaxiile neregulate ale subtipului I au o structură complexă neregulată, o suprafață densă înaltă, care se distinge prin luminozitate. Adesea, această formă haotică a galaxiilor neregulate este rezultatul spiralelor prăbușite. Un exemplu tipic al unei astfel de galaxii este Norii mari și mici din Magellan;
- galaxiile neregulate, neregulate ale subtipului II au o suprafață joasă, o formă haotică și nu se disting prin luminozitate ridicată. Datorită scăderii luminozității, astfel de formațiuni sunt dificil de detectat în imensitatea Universului.
Marele Nor Magellanic este cea mai apropiată galaxie neregulată de noi. Ambele formațiuni, la rândul lor, sunt sateliți ai Căii Lactee și pot fi în curând (peste 1-2 miliarde de ani) absorbite de un obiect mai mare.
Norul mare neregulat din Magellan este un satelit al galaxiei noastre Calea Lactee
În ciuda faptului că Edwin Hubble a plasat galaxiile în clase destul de precis, această clasificare nu este ideală. Am putea obține mai multe rezultate dacă am include teoria relativității lui Einstein în procesul de înțelegere a Universului. Universul este reprezentat de o bogăție de diverse forme și structuri, fiecare dintre ele având propriile sale caracteristici și caracteristici. Astronomii au descoperit recent noi formațiuni galactice care sunt descrise ca obiecte intermediare între galaxiile spirale și eliptice.
Calea Lactee este cea mai cunoscută parte a universului
Două brațe în spirală, situate simetric în jurul centrului, alcătuiesc corpul principal al galaxiei. Spiralele, la rândul lor, constau din mâneci care curg lin unul în celălalt. La joncțiunea brațelor Săgetător și Cygnus, Soarele nostru este situat, situat din centrul galaxiei Calea Lactee la o distanță de 2,62 · 10¹⁷km. Spiralele și brațele galaxiilor spirale sunt grupuri de stele care cresc în densitate pe măsură ce se apropie de centrul galactic. Restul masei și volumului spiralelor galactice este materie întunecată și doar o mică parte este gazul interstelar și praful cosmic.
Poziția Soarelui în brațele Căii Lactee, locul galaxiei noastre în Univers
Spiralele au o grosime de aproximativ 2.000 de ani lumină. Toate aceste straturi de tort sunt în mișcare constantă, rotindu-se la o viteză extraordinară de 200-300 km / s. Cu cât este mai aproape de centrul galaxiei, cu atât este mai mare viteza de rotație. Soarele și sistemul nostru solar vor dura 250 de milioane de ani pentru a finaliza o revoluție în jurul centrului Căii Lactee.
Galaxia noastră este alcătuită dintr-un trilion de stele, mari și mici, supraîncărcate și medii. Cel mai dens grup de stele din Calea Lactee este Brațul Săgetător. În această regiune se observă luminozitatea maximă a galaxiei noastre. Din contră, partea opusă a cercului galactic este mai puțin strălucitoare și slab vizibilă în timpul observării vizuale.
Partea centrală a Căii Lactee este reprezentată de nucleu, care se presupune că are o dimensiune de 1000-2000 parseci. În această regiune cea mai strălucitoare a galaxiei, este concentrat numărul maxim de stele, care au clase diferite, căi proprii de dezvoltare și evoluție. Acestea sunt în principal stele vechi supraîncărcate în etapele finale ale secvenței principale. Confirmarea centrului de îmbătrânire al galaxiei Calea Lactee este prezența unui număr mare de stele de neutroni și găuri negre în această regiune. Într-adevăr, centrul discului spiralat al oricărei galaxii spiralate este o gaură neagră supermasivă care, ca un aspirator uriaș, aspiră obiecte cerești și materie reală.
Gaură neagră supermasivă situată în partea centrală a Căii Lactee - locul morții tuturor obiectelor galactice
În ceea ce privește grupurile de stele, oamenii de știință au reușit astăzi să clasifice două tipuri de grupuri: sferice și deschise. Pe lângă grupurile de stele, spiralele și brațele Căii Lactee, ca orice altă galaxie spirală, sunt compuse din materie împrăștiată și energie întunecată. Ca o consecință a Big Bang-ului, materia se află într-o stare extrem de rarefiată, care este reprezentată de particule de gaz și de praf interstelare rarefiate. Partea vizibilă a materiei este nebuloasele, care la rândul lor sunt împărțite în două tipuri: nebuloase planetare și difuze. Partea vizibilă a spectrului nebuloasei se datorează refracției luminii de la stele, care emit lumină în interiorul spiralei în toate direcțiile.
Această supă cosmică este locul în care există sistemul nostru solar. Nu, nu suntem singurii din această lume vastă. La fel ca Soarele, multe stele au propriile lor sisteme planetare. Întreaga întrebare este cum să detectăm planete îndepărtate, dacă distanțele chiar și în interiorul galaxiei noastre depășesc durata existenței oricărei civilizații inteligente. Timpul din univers este măsurat prin alte criterii. Planete cu sateliții lor, cele mai mici obiecte din univers. Numărul acestor obiecte este incalculabil. Fiecare dintre aceste stele care se află în raza vizibilă poate avea propriile lor sisteme stelare. Este în puterea noastră să vedem doar cele mai apropiate planete existente de la noi. Ce se întâmplă în vecinătate, care lumi există în alte brațe ale Căii Lactee și care planete există în alte galaxii, rămâne un mister.
Kepler-16 b este o exoplanetă care orbitează binarul Kepler-16 din constelația Cygnus
Concluzie
Având doar o înțelegere superficială a modului în care a apărut Universul și a modului în care acesta evoluează, omul a făcut doar un mic pas către înțelegerea și înțelegerea scării universului. Mărimea și scara grandioase cu care oamenii de știință trebuie să se ocupe astăzi sugerează că civilizația umană este doar un moment în acest pachet de materie, spațiu și timp.
Modelul Universului în conformitate cu conceptul prezenței materiei în spațiu, luând în considerare timpul
Studiul universului merge de la Copernic până în prezent. La început, oamenii de știință au pornit de la modelul heliocentric. De fapt, s-a dovedit că spațiul nu are un centru real și că toate rotațiile, mișcările și deplasările au loc conform legilor Universului. În ciuda faptului că există o explicație științifică pentru procesele care au loc, obiectele universale sunt împărțite în clase, tipuri și tipuri, niciun corp din spațiu nu este ca altul. Dimensiunile corpurilor cerești sunt aproximative, precum și masa lor. Localizarea galaxiilor, stelelor și planetelor este arbitrară. Problema este că nu există un sistem de coordonate în Univers. Observând spațiul, facem o proiecție asupra întregului orizont vizibil, considerând Pământul nostru ca punctul zero de referință. De fapt, suntem doar o particulă microscopică, pierdută în întinderile nesfârșite ale Universului.
Universul este o substanță în care toate obiectele există în strânsă legătură cu spațiul și timpul
În mod similar cu referința la dimensiune, timpul din Univers ar trebui considerat ca fiind componenta principală. Originea și vârsta obiectelor spațiale face posibilă realizarea unei imagini a nașterii lumii, pentru a evidenția etapele de evoluție ale universului. Sistemul cu care avem de-a face este foarte atent. Toate procesele care au loc în spațiu au cicluri - început, formare, transformare și sfârșit, însoțite de moartea unui obiect material și trecerea materiei la o altă stare.
Fiecare dintre noi cel puțin o dată s-a gândit la imensa lume în care trăim. Planeta noastră este un număr nebun de orașe, sate, drumuri, păduri, râuri. Majoritatea nu au timp să vadă nici măcar jumătate din viața lor. Este dificil să ne imaginăm scara grandioasă a planetei, dar sarcina este și mai dificilă. Dimensiunile Universului sunt ceva care, poate, nu poate fi imaginat nici măcar de mintea cea mai dezvoltată. Să încercăm să ne dăm seama ce părere are știința modernă despre asta.
Concept de bază
Universul este tot ceea ce ne înconjoară, despre care știm și ghicim, ce a fost, este și va fi. Dacă reducem intensitatea romantismului, atunci acest concept definește tot ceea ce există fizic în știință, luând în considerare aspectul temporal și legile care guvernează funcționarea, interconectarea tuturor elementelor etc.
Bineînțeles, este destul de dificil să ne imaginăm dimensiunile reale ale Universului. În știință, această problemă este discutată pe larg și încă nu există un consens. În ipotezele lor, astronomii se bazează pe teoriile existente despre formarea lumii așa cum o cunoaștem, precum și pe datele obținute ca urmare a observării.
Metagalaxia
Diferite ipoteze definesc universul ca un spațiu adimensional sau inexprimabil de vast, despre care știm foarte puțin. Pentru a clarifica și a discuta zona disponibilă pentru studiu, a fost introdus conceptul de Metagalaxy. Acest termen se referă la partea Universului accesibilă observării prin metode astronomice. Datorită îmbunătățirii tehnologiei și cunoștințelor, acestea sunt în continuă creștere. Metagalaxia face parte din așa-numitul Univers observabil - un spațiu în care materia a reușit să ajungă la poziția sa actuală în timpul existenței sale. Când vine vorba de a înțelege care sunt dimensiunile Universului, în majoritatea cazurilor se vorbește despre Metagalaxia. Nivelul modern de dezvoltare a tehnologiei face posibilă observarea obiectelor situate la o distanță de până la 15 miliarde de ani lumină de Pământ. Timpul pentru determinarea acestui parametru, după cum puteți vedea, joacă nu mai puțin un rol decât spațiul.
Vârsta și mărimea
Conform unor modele ale Universului, acesta nu a apărut niciodată, ci există pentru totdeauna. Cu toate acestea, teoria dominantă a Big Bang-ului de astăzi pune lumii noastre un „punct de plecare”. Potrivit astronomilor, vârsta universului este de aproximativ 13,7 miliarde de ani. Dacă te întorci în timp, poți reveni la Big Bang. Indiferent dacă Universul are o dimensiune infinită, partea observată a acestuia are limite, deoarece viteza luminii este finită. Include toate acele locații care pot afecta observatorul Pământului de la Big Bang. Dimensiunea Universului observabil crește datorită expansiunii sale constante. Conform ultimelor estimări, acoperă o suprafață de 93 miliarde de ani lumină.
Multe
Să vedem ce este universul. Dimensiunile spațiului cosmic, exprimate în număr uscat, desigur, sunt uimitoare, dar greu de înțeles. Pentru mulți, va fi mai ușor să înțeleagă scara lumii înconjurătoare dacă vor afla câte sisteme similare celei solare se potrivesc în ea.
Steaua noastră și planetele care o înconjoară sunt doar o mică parte din Calea Lactee. Potrivit astronomilor, galaxia are aproximativ 100 de miliarde de stele. Unii dintre ei au descoperit deja exoplanete. Nu este izbitoare doar dimensiunea Universului - spațiul ocupat de partea sa nesemnificativă, Calea Lactee, inspiră respect. Este nevoie de lumină o sută de mii de ani pentru a traversa galaxia noastră!
Grup local
Astronomia extragalactică, care a început să se dezvolte după descoperirile lui Edwin Hubble, descrie multe structuri similare Căii Lactee. Vecinii săi cei mai apropiați sunt Nebuloasa Andromeda și Nori mari și mici din Magellan. Împreună cu alți câțiva „sateliți”, ei alcătuiesc grupul local de galaxii. Este la aproximativ 3 milioane de ani lumină distanță de o formațiune similară din apropiere. Este chiar înfricoșător să ne imaginăm cât ar dura o aeronavă modernă pentru a parcurge o astfel de distanță!
Observat
Toate grupurile locale sunt separate de spații vaste. Metagalaxia include câteva miliarde de structuri similare Căii Lactee. Dimensiunea universului este cu adevărat uimitoare. Este nevoie de un fascicul de lumină de 2 milioane de ani pentru a călători de la Calea Lactee la Nebuloasa Andromeda.
Cu cât este mai departe de noi o bucată de spațiu, cu atât știm mai puțin despre starea sa actuală. Deoarece viteza luminii este finită, oamenii de știință pot obține doar informații despre trecutul unor astfel de obiecte. Din aceleași motive, așa cum am menționat deja, zona Universului disponibilă pentru cercetarea astronomică este limitată.
Alte lumi
Cu toate acestea, acestea nu sunt toate informațiile uimitoare care caracterizează Universul. Dimensiunile spațiului exterior, aparent, depășesc semnificativ Metagalaxia și partea observabilă. Teoria inflației introduce un astfel de concept ca multiversul. Se compune din multe lumi, probabil formate în același timp, nu se intersectează între ele și se dezvoltă independent. Nivelul actual de dezvoltare a tehnologiei nu dă speranță pentru cunoașterea unor astfel de universuri învecinate. Unul dintre motive este aceeași viteză finită a luminii.
Progresul rapid al științei spațiale ne schimbă înțelegerea cât de mare este universul. Starea actuală a astronomiei, teoriile sale constitutive și calculele oamenilor de știință sunt greu de înțeles pentru o persoană neinițiată. Cu toate acestea, chiar și un studiu superficial al problemei arată cât de vastă este lumea din care facem parte și cât de puțin știm încă despre ea.
În sistemul solar, nu există nici măcar zece planete și există un singur soare. O galaxie este un grup de sisteme solare. Există aproximativ două sute de miliarde de stele în galaxie. Există miliarde de galaxii în Univers. Înțelegi ce este universul? Noi înșine nu știm ce este și este puțin probabil să aflăm în următorul miliard de ani. Și cu cât cunoștințele noastre despre univers se multiplică - despre ceea ce ne înconjoară și conține toate acestea în sine - cu atât mai multe întrebări au oamenii.
Când privim Universul, toate planetele și stelele sale, galaxiile și grupurile, gazul, praful, plasma, vedem aceleași semnături peste tot. Vedem linii de absorbție și emisie atomică, vedem că materia interacționează cu alte forme de materie, vedem formarea stelelor și moartea stelelor, coliziuni, raze X și multe altele. Există o întrebare evidentă care necesită explicații: de ce vedem toate acestea? Dacă legile fizicii dictează simetria dintre materie și antimaterie pe care o observăm, aceasta nu ar trebui să existe.
