Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Современные представления о составе, строении и происхождении Вселенной. Основные точки и линии небесной сферы.
Вселенная – это вся система мироздания, весь существующий материальный мир безграничный во времени и пространстве. Вселенная состоит из совокупности скоплений звезд, планет, космической пыли, называемых галактиками. Возраст вселенной 17мил.лет. Рождение Вселенной считают большой взрыв. К этому времени вся материя была сосредоточена в одной области. Вещ-во обладало огромной плотностью и было нагрето до 1 млрд. градусов.Большой взрыв был астрономическим. Взрыв не имел центра и произошёл сразу во всём существовавшем тогда пространстве. Взрыв привел к расширение материи и пространства и сопровождалась охлаждением, первонач. горячей вселенной. Дальнейшая эволюция пространства постепенно привела к обр. известных в наст. вр. космических объектов. Доступная для наблюдения часть вселенной называется-Метагалактика.Она включает более 10 в 21 степени звезд.Это как небольшие системы звезд, так и грандиозные, называемые галактиками. Наша галактика «млечный путь» - это космическая система, включающая более 150 млрд. звёзд, более 100мил. газовых и полевых туманностей, а также отдельные частицы пыли, газы и другое межзвёздное в-во. 3енит и горизонт. Отвесная линия, проходящая через глаз наблюдателя, пересекает небесную сферу в точке зенита. Зенит есть наивысшая точка над головой наблюдателя. Плоскость, перпендикулярная к отвесной линии, называется горизонтальной плоскостью. Математическим горизонтом называется линия пересечения небесной сферы с горизонтальной плоскостью, проходящей через центр небесной сферы. Плоскость горизонта можно определить при помощи уровня. Видимый же горизонт ограничен линией, по которой, как нам кажется, небо «сходится» с Землей. 2. Полюсы и ось мира. Присматриваясь к ночному небу, мы замечаем, что звезды в течение суток описывают тем большие круги, чем дальше от Полярной звезды они находятся. Полярная звезда в течение суток описывает очень небольшой кружок и всегда видна почти на одной и той же высоте над горизонтом, в северной стороне неба. На рисунке 5 показано изменение в течение суток положения Большой Медведицы относительно горизонта и неизменность положения Полярной звезды. Попробуйте сами убедиться в том, что это так.1Оставив аппарат с открытым затвором в этом положении на один час, проявили снимок. На фотографической пластинке (негативе) обнаружились черные следы звезд (на позитиве - светлые). Все они имеют вид концентрических дуг. В центре их лежит центр вращения небесной сферы. Центр вращения южного полушария неба находится в точке, противоположной центру вращения северного небесного полушария. Но ведь в центре небесной сферы находится наш глаз. Следовательно, небесная сфера вращается как одно целое вокруг некоторой оси, проходящей через наш глаз. Ось суточного вращения небесной сферы называется осью мира. Точки пересечения небесной сферы с осью мира называются полюсами мира. Полярная звезда расположена вблизи северного полюса мира (на расстоянии около 1°). Южный полюс мира находится в южном полушарии небесной сферы. Вблизи него никакой яркой звезды нет. 3. Небесный экватор. Плоскость, перпендикулярная к оси мира и проходящая через центр небесной сферы, называется плоскостью небесного экватора, а линия пересечения ее с небесной сферой -небесным экватором. Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария - северное и южное. Мы видим, что ось мира, полюсы мира и небесный экватор аналогичны оси, полюсам и экватору Земли. Да это и естественно, так как перечисленные названия связаны с видимым вращением небесной сферы, а оно само есть следствие действительного вращения земного шара. 4. Небесный меридиан и полуденная линия. Плоскостью небесного меридиана называется плоскость, проходящая через точку зенита, центр небесной сферы и полюс мира. Пересекаясь с небесной сферой, эта плоскость образует линию небесного меридиана. Вертикальная плоскость, проходящая через Полярную звезду и через наблюдателя, приблизительно будет плоскостью меридиана. В любом месте Земли плоскость небесного меридиана совпадает с плоскостью географического меридиана этого же места. Полуденной линией называется линия пересечения плоскостей меридиана и горизонта. Эта линия названа так потому, что в полдень тени от вертикальных предметов падают как раз по этому направлению. Практически полуденную линию можно проводить на Земле или на горизонтальной плоскости, отмечая в полдень направление тени от вертикального стержня. 5. Точки горизонта. Горизонт пересекается с небесным меридианом в точках севера N и юга S, а с небесным экватором - в точках востока Е и запада W. Если мы встанем лицом к полюсу мира (к Полярной звезде), то на горизонте прямо под ним будем иметь точку севера, за спиной - точку юга, справа - точку востока и слева - точку запада. Помня это, мы всегда сможем ориентироваться на местности. Чтобы яснее представить себе все, что было здесь сказано, изобразим небесную сферу на чертеже (Рисунок 13).
Рисунок 13 - Основные точки и линии небесной сферы. На этом чертеже С - центр небесной сферы, в котором находится глаз наблюдателя, ZCZ' - отвесная линия, Z - зенит, Z' - надир (противоположная зениту точка небесной сферы), РР - ось мира, Р - северный полюс мира, Р' - южный полюс мира, EAWQ - небесный экватор, плоскость которого перпендикулярна к оси мира, ESWN - горизонт, S - точка юга, N - точка севера, Е - точка востока иW - точка запада. Легко понять, что над горизонтом видна ровно половина небесной сферы и половина небесного экватора, а также то, что в точках Е и W (отстоящих от точек S и N на 90°) горизонт и экватор, пересекаясь, делят друг друга пополам. Линия NS есть полуденная линия, а большой круг NPZASP' - небесный меридиан. Необходимо научиться чертить небесную сферу. Угол между осью мира и плоскостью горизонта на чертеже можно брать каким угодно. Как мы потом увидим, этот угол зависит от местонахождения наблюдателя на земном шаре. Введенные в этом параграфе определения необходимы для практических применений астрономии. 6. Линии небесной сферы и Земля. Наблюдателю, находящемуся на Земле в какой-либо точке С(Рисунок 14), кажется, что звездное небо вращается вокруг оси, проходящей через него самого и параллельной оси вращения Земли. Ось вращения небесной сферы СР мы назвали осью мира и теперь видим, что она для всякого наблюдателя параллельна оси вращения Земли. Для наблюдателей, находящихся на полюсах Земли, ось вращения Земли и ось мира совпадают. Ось вращения Земли и параллельная ей ось мира направлены к Полярной звезде, поскольку Полярная звезда находится от нас очень далеко и направления на нее для всех наблюдателей на Земле практически параллельны друг другу. Плоскость небесного экватора CEAW, перпендикулярная к оси мира, параллельна плоскости земного экватора. Для наблюдателя, находящегося на экваторе Земли, эти плоскости совпадают. Если считать Землю шаром, то отвесная линия CZ является продолжением радиуса Земли ОС, проведенного из ее центра в точку, где находится наблюдатель. Поэтому плоскость горизонта, проходящая через центр небесной сферы (через точку С), является плоскостью, касательной к земному шару в точке С. Плоскости небесного и географического меридианов совпадают. Рисунок 14 - Соотношение между линиями и плоскостями небесной сферы и Земли. Наблюдатель вращается вместе с Землей, а с ним и его небесная сфера. Поэтому горизонт в равное время суток проходит через разные части звездного неба. Разные светила будут и в зените. Небесный экватор скользит в своей плоскости, а ось мира остается параллельной самой себе. Звезды, занимая неизменное положение относительно друг друга и экватора, движутся в плоскостях, параллельных плоскости небесного экватора.
3. Современные гипотезы происхождения вселенной В науке ХХ в. происхождение Вселенной рассматривалось не только с точки зрения процессов, связанных с массой и энергией, но и с точки зрения происхождения пространства и времени.Ниже приведем краткое изложение становления теорий (гипотез) происхождения Вселенной (см., напр., [Хокинг, 1990; Наука, 1989]).В 1925—1930 гг. Эдвин Хаббл и Милтон Хамсон (Edwin Habbl, Milton Humson) при исследовании галактик (спиралевидных туманностей Млечного пути — Milky Way) установили, что свет, испускаемый ими, смещен в красную область спектра тем больше, чем дальше они удалены от нас. Это послужило основанием (с учетом эффекта Доплера) для заключения о разбегании галактик со скоростями, пропорциональными их удалению от нас (и друг от друга). Поскольку все галактики удаляются от нас и друг от друга, можно заключить, что Вселенная расширяется. Наглядно это можно представить, наблюдая расхождение точек на раздувающемся мыльном пузыре. При точном определении — наша Вселенная расширяется в четырехмерном пространственно-временном континууме.В свою очередь, на основании этого факта можно рассчитать возраст Вселенной, экстраполируя ее зарождение к состоянию, когда она была сжата в точку. Получается, что возраст Вселенной около 20 млрд лет.Масса и энергия в такой точке не существовали, и понятия пространства и времени для нее не имели смысла.В науке такое состояние называется “сингулярностью”, т.е. особым, уникальным, необычным состоянием.Другой научный факт, дающий основания для развития теорий происхождения и эволюции Вселенной как целого, следует из химического состава звезд. По спектрам испускания звезд установлено, что они в основном состоят из легчайшего элемента — водорода.Водород как бы поддерживает “жизнь” звезды, участвуя в ядерных реакциях, происходящих в ее центре. При этом водород постоянно превращается в гелий и другие более тяжелые элементы.Звезда “умирает”, когда истощается ее основное ядерное горючее — водород.Наиболее крупные звезды в конце своего существования катастрофически взрываются и называются “сверхновыми”. При этом в окружающее пространство испускаются тяжелые элементы, образовавшиеся внутри звезды. Возможно, планеты нашей солнечной системы образовались из продуктов распада какой-то звезды.Поскольку расход водорода во Вселенной — процесс необратимый, Вселенная должна закономерно идти к концу своего существования.Таким образом, расширение Вселенной и явление смерти звезд дают основание для укрепления гипотезы о том, что наша Вселенная имела Начало, а не существует вечно.В то же время в ХХ в. предлагались и альтернативные гипотезы. Например, в 1948 г. английские астрономы Герман Бонди и Фред Хойл (Hermann Bondi, Fred Hoyle) предложили модель стационарной Вселенной, опираясь на выдвинутую ими гипотезу “непрерывного творения” (steady — state universe, or continuous creation model). Они предположили, что новая материя постоянно создается во Вселенной в виде водорода и нейтронов. При этом явление расширения Вселенной они объясняют необходимостью образования новых “вакансий” для новых материальных объектов. Хойл также предположил, что новую материю продуцирует неизвестная ранее сила Си-поле (C-field — Creation field). Творение ex nihilo (из ничего) представляется этим ученым простым законом природы.Основные проблемы этой гипотезы — отсутствие наблюдений, ее подтверждающих. Гипотеза эта не согласуется с известными законами сохранения в физике. К тому же она плохо согласуется с одним из критериев научности знания — “принципом фальсификации”, особенно касательно гипотезы существования Creation field.Дискуссии по поводу альтернативных гипотез продолжались до новых открытий 1960-х гг. В первую очередь это касается обнаружения космического “реликтового излучения”. В 1965 г. ученые Арно Пензиас и Роберт Вилсон (Arno Penzias, Robert Wilson) при настройке микроволновой антенны были озабочены регистрируемой статической наводкой (постоянным сигналом). Вначале они решили, что причиной является гнездо, свитое голубями на антенне. Однако после удаления гнезда ничего не изменилось. Исследуя эффект более тщательно, они установили, что антенна принимает постоянное микроволновое излучение, пронизывающее все космическое пространство, т.е. Вселенная как целое охвачена как бы микроволновым “заревом”. Излучение, открытое этими учеными, называется теперь “космическим реликтовым излучением” (cosmic background radiation), зародившимся в са- мом начале образования Вселенной. Это излучение соответствует очень малой температуре — около 3° выше абсолютного нуля. Понять современный низкий температурный уровень излучения можно, представив слабое тепловое излучение от догорающих углей после сильного и яркого излучения от ранее горевшего костра. Интересно, что за 20 лет до этого, в 1940-е гг., физик Георг Гамов предсказал существование такого реликтового излучения на основании его модели “горячей Вселенной”. В 1948 г. Ральф Альфер и Роберт Херман (Ralph Alpher, Robert Herman) на основании модели Гамова рассчитали, что сейчас остаточное излучение от ранее горячей Вселенной будет соответствовать температуре около 5° выше абсолютного нуля. В результате всего этого многие современные ученые принимают гипотезу образования Вселенной в результате “Большого взрыва” (the Big Bang). В 1974 г. было обнаружено еще одно явление в пользу гипотезы “Большого взрыва”. Алан Сандейдж (Alan Sandage) после наблюдений и расчетов установил, что скорость удаления галактик друг от друга со временем уменьшается. Это подтверждает, что Вселенная, подобно заведенным часам, идет к закономерному исходу. Другая проблема происхождения и эволюции Вселенной — может ли быть Вселенная осциллирующей? Ученый Эрнст Опик (Ernst Opik) предположил, что наша Вселенная возникла не в результате “Большого взрыва” (Big Bang), а в результате “Большого отскока” (Big Bounce). По Опику, Вселенная циклически зарождается и коллапсирует через каждые несколько сотен биллионов лет. Впрочем, гипотеза Опика не находит подтверждения на уровне современных научных концепций. Если наша Вселенная и коллапсирует, то нового зарождения ее не будет ввиду производства энтропии. То есть после сжатия Вселенной не произойдет повторного ее зарождения. Как говорят ученые, если и будет то не “Большой отскок”, а “Большой хруст” (Big Crunch). 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». По геометрическим соображениям наш звездный остров состоит из трех основных частей:
Кроме этого, Галактика содержит темную материю, которой гораздо больше, чем всего видимого вещества во всех диапазонах. Галактика вращается, но не равномерно всем диском. С приближением к центру эта скорость растет. Солнечная система делает оборот вокруг центра Галактики за 220 миллионов лет. Между центром Галактики и спиральными рукавами (ветвями) находится газовое кольцо. Это кольцо представляет из себя смесь газа и пыли, сильно излучающую в радио и инфракрасном диапазоне. Ширина кольца составляет около 6 тысяч световых лет. Расположено оно между 10000 и 16000 световых лет от центра системы. Газовое кольцо содержит миллиарды солнечных масс газа и пыли и является местом активного звездообразования. Изучение этого кольца проводилось по облакам газа и пыли, находящихся вдоль луча зрения, и поэтому данные о расстоянии до него вызывают сомнения. Дело в том, что радиоизмерения проводятся по излучению водорода, который одинаково светится на ближней и дальней части объекта. Одни ученые считают, что это кольцо является не кольцом, а сгруппировавшимися спиралями. Другие ученые настаивают на существовании этого кольца. Исследования других галактик не дало перевеса ни для одной из этих гипотез. Однако, последние исследования радиоэмиссии атомарного водорода с применение экранирования близлежащих областей, похоже, дает основания для существования этого газового кольца. Корона Галактики содержит шаровые скопления и карликовые галактики (Большое и Малое Магеллановы облака и другие). В галактической короне обнаружены отдельные звезды и группы звезд. Некоторые из этих групп взаимодействуют с шаровыми скоплениями и карликовыми галактиками. Ранее предполагалось, что корона Галактики образовалась раньше самой Галактики, но теперь ученые больше склоняются к выводу, что корона – это следствие каннибализма Нашей Галактики по отношению к галактикам-спутникам. Это говорит о том, что шаровые скопления могут быть остатками бывших галактик-спутников. Изучение нашего звездного дома продолжается. Новые космические телескопы постепенно оставляют все меньше и меньше тайн о самой разумной галактике во Вселенной. Кроме видимой части Млечного Пути представляет интерес положение Солнечной системы в Галактике. Плоскость Галактики и плоскость Солнечной системы не совпадают, а находятся под углом друг к другу и планетная система Солнца скорее катится, чем плывет, совершая оборот вокруг центра Галактики.
4.Состав и строение Солн сис-мы. Гипотезы о происхождении планет Солн. Сис-мы. Солнечная система образовалась из вращающегося газового полевого облака. Пылинки собирались в центральной плоскости облака, расстояние между ними уменьшалось, из-за сил всемирного тяготения облако сжималось всё сильнее, температура привысила в центре 12мил. гр. Начались ядерные реакции с выделением огромного кол-ва света и тепла. Так около 5млрд. лет назад вспыхнуло солнце. Ближе к солнцу находились в основном твёрдые частицы, из них сформировались планеты земной группы. Дальше от солнца в условиях низкой температуры планеты гиганты. Солнце – желтая звезда средней величины, диаметром 1392000км. Сост. из 70% водорода, 29% гелий, 1% другие. Температура в центре до 20мил. гр. Солнце источник тепла и света, источник жизни на Земле. Наружные слои Солнца наз. Солнечной атмосферой-это фотосфера, хромосфера и корона.1)фотосфера – видимая поверхность солнечного диска.2) Над ней находится хромосфера. Она имеет красноватый цвет. Видна только при затмении по краям солн. диска. Она подобна колеблющимся струям раскалённого газа, напоминает горящую траву. Мощность слоя хромосферы 14тыс.км.3) Выше находится солнечная корона. Корона состоит из очень разреженных газов и простирается на многие млн. км, постепенно переходит в межпланетное пространство.На солнце появляются пятна. Ср. темп. поверхности солн. 6000гр., темп. пятен примерно на 1000гр. меньше, поэтому они кажутся тёмными. Диаметр может достигать 100тыс. км. Пятна окружены яркими участками – факелами. На солнце часто наблюдается огромные газовые образования напоминающие фонтаны, это протуберанцы. Иногда наблюдаются хромосферные вспышки, быстрое и очень сильное увеличение яркости солнечного диска.Скорость развития от 1до 10 мил. Время угасания 1 час. Солнечная система состоит из одной звезды-Солнца, 9 планет и ряда таких менее значительных небесных тел, как спутники планет, малые планеты(астероиды), кометы, а также метеорное вещество –межпланетный газ.Планеты типа Земли: Меркурий, Венера, Земля (1 спутник), Марс (2). Сравнительно небольшие по размерам, это твёрдые тела сост. из кремния, железа и др. тяжёлых эл. С высокой плотностью орбитального движения, но медленно вращаются вокруг своих осей. У них мало или нет спутников.Планеты гиганты: Юпитер (16), Сатурн (18), Уран (15), Нептун (8). Имеют большие размеры и массы, но малой плотности. Получают значительно меньше солн. тепла, чем планеты земной группы. Быстро вращаются вокруг своих осей. Имеют большое кол-во спутников. Окружены плотными атмосферами в сост. кот. Много метана. Астероиды или малые планеты: Церера (D913км); кажется более вероятным, что астероиды образовались в процессе сгущения пылевой среды в результате взаимного притяжения составляющих их частиц. Кометы: движутся вокруг Солнца по орбите, имеющей форму весьма вытянутого эллипсоида и даже парабол. Когда комета движется по орбите, пыль и газ слетают с нее, образуя хвост; отделяемые более крупные сгустки пыли, куски камня и металла образуют метеорные потоки. После того, как кометы огибает Солнце и начинает удаляться от него, она понемногу остывает, образование газа уменьшается, струи иссякают и хвост сокращается. Метеориты-каменные и металлические глыбы, падающие с неба. Видимй свет в небе, оставляемый вспыхнувшим объектом при его вхождении в атмосферу, называется метеором.
5.Характеристика планет земной группы
Планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун относятся к планетам-гигантам. Юпитер — пятая по расстоянию от Солнца и самая большая планета Солнечной системы — находится на среднем расстоянии от Солнца 5, 2 а.е. Юпитер — мощный источник теплового радиоизлучения, обладает радиационным поясом и обширной магнитосферой. Эта планета имеет 16 спутников и окружена кольцом шириной около 6 тыс. км. Сатурн — вторая по величине планета в Солнечной системе. Сатурн окружен кольцами, которые хорошо видны в телескоп. Их впервые наблюдал в 1610 г. Галилей с помощью созданного им телескопа. Кольца представляют собой плоскую систему множества мелких спутников планеты. Сатурн имеет 17 спутников и обладает радиационным поясом. Уран — седьмая по порядку удаления от Солнца планета Солнечной системы. Вокруг Урана вращается 15 спутников: 5 из них открыты с Земли, а 10 — наблюдались с помощью космического аппарата «Вояджер-2». Уран имеет и систему колец. Нептун — одна из самых удаленных от Солнца планет — находится на расстоянии от него около 30 а.е. Период обращения ее на орбите — 164, 8 года. Нептун имеет шесть спутников. Удаленность от Земли ограничивает возможности его исследования. Планета Плутон не относится ни к земной группе, ни к планетам-гигантам. Это сравнительно небольшая планета: ее диаметр около 3000 км. Плутон принято считать двойной планетой. Его спутник, примерно в 3 раза меньший по диаметру движется на расстоянии всего около 20000 км от центра планеты, совершая один оборот за 4, 6 суток. Особое место в Солнечной системе занимает Земля — единственная живая планета.
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-07-14; Просмотров: 3166; Нарушение авторского права страницы