Реферат: Вступ

ЗМІСТ


ВСТУП

3

1. МОДЕЛЬ ГАРЯЧОГО ВСЕСВІТУ

4

2. СТРУКТУРА І РОЗМІРИ ВСЕСВІТУ

7

3. РУХ ЗІРОК І СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ У ГАЛАКТИЦІ

13

ВИСНОВОК

15

ЛІТЕРАТУРА

16



ВСТУП

Дивлячись на всіяне зорями небо, людина приходить у захват, не залишаючись байдужим до того, що бачить. «Відкрилася безодня, зірок повна. Зіркам числа немає, безодні - дна », - ці прекрасні рядки М.В. Ломоносова, образно і найбільш повно описують перше враження, яке відчуває людина, милуючись заворожливою картиною зоряного неба.  Про зірки складено безліч віршів і пісень. Зірки й безкрайній небесний простір завжди притягували і притягують всіх: і саму звичайну людини, і поета, і вченого. Але для вчених зоряне небо - не тільки предмет захоплення і насолоди, але і захоплюючий, невичерпний об'єкт досліджень.

У ясну погоду в безмісячну ніч неозброєним оком можна спостерігати на небосхилі до трьох тисяч зірок. Але це лише невелика частина зірок та інших космічних об'єктів, з яких складається Всесвіт.

Всесвіт - це весь існуючий матеріальний світ, безмежний у часі і просторі і нескінченно різноманітний за формами, які приймає матерія в процесі свого розвитку.


^ 1. МОДЕЛЬ ГАРЯЧОГО ВСЕСВІТУ


Всесвіт - це сукупність усього, що існує. Земля, Місяць, Сонце і всі планети і зірки утворюють Всесвіт. Всесвіт повний великими і хвилюючими таємницями і загадками, які вчені намагаються розгадати. Багато висувають теорії щодо її походження. Вони стверджують, що Всесвіт існував не завжди, але мала свій початок.

Виходячи з досліджень зірок і галактик, вчені помітили, що вони відокремлюються один від одного з великою швидкістю. Це дозволяє припустити, що в якийсь момент вони були з'єднані. Досвід, який пропонується для пояснення, яким був початок Всесвіту, полягає в тому, що повітряна куля розмальовують невеликими плямами. Коли куля надувають, відстань між плямами збільшується, і плями також стають все більше. У цьому досвіді плями являють галактики, а надування кулі - поширення Всесвіту.

Бельгійський астроном Жорж Ламетр, що вивчав зірки, висловив припущення, що 15 мільярдів років тому Всесвіт була маленькою і дуже щільною. Це стан Всесвіту він назвав «космічним яйцем». Відповідно до його розрахунків, радіус Всесвіту в первісному стані був рівний 10 см, що близька за розмірами до радіуса електрона, а її щільність становила 1910 см, тобто Всесвіт представляв собою мікрооб'єктів мізерно малих розмірів.

Від первісного стану Всесвіт перейшов до розширення в результаті Великого вибуху, тобто вся матерія, що входила до складу «космічного яйця», вирвалася назовні з великою швидкістю і розлетілася на всіх напрямках.

Сучасні галактики були фрагментами цього «яйця», що вибухнуло. Зірки галактик у свою чергу розвивалися, поки не прийняли сучасний стан. Зазвичай для визначення цього явища використовують англійський вираз Big Bang, що означає «великий вибух».

Отже, в основі в основі сучасних уявлень про еволюцію Всесвіту лежить модель гарячого Всесвіту, або «Великого Вибуху».

Учень А.А. Фрідмана Г.А. Гамов розробив модель гарячого Всесвіту, розглянувши ядерні реакції, що протікали на самому початку розширення Всесвіту, і назвав її «космологією Великого Вибуху».

Ключ до розуміння ранніх етапів еволюції Всесвіту - в гігантському кількості теплоти, що виділилася при Великому Вибуху. У найпростішому варіанті теорії гарячого Всесвіту передбачається, що Всесвіт виник спонтанно в результаті вибуху зі стану з дуже великою густиною і енергією. З розширенням Всесвіту температура падала від дуже великий до досить низькою, забезпечуючи виникнення умов, сприятливих для утворення зірок і галактик. На протязі близько 1 млн. років температура перевищувала кілька тисяч градусів, що перешкоджало утворенню атомів, і, отже, космічне речовина мало вигляд розігрітій плазми. Лише коли температура знизилася, виникли перші атоми. Таким чином, атоми - це релікти епохи, що настала через 1 млн. років після Великого Вибуху.

Ретроспективні розрахунки визначають вік Всесвіту в 13-15 млрд. років. Як було сказано раніше, Г.А. Гамов припустив, що температура речовини була велика і падала з розширенням Всесвіту. Його розрахунки показали, що Всесвіт у своїй еволюції проходить певні етапи, в ході яких відбувається утворення хімічних елементів і структур.

Для наочності початкову стадію еволюції Всесвіту ділять на ери.

Ера адронів (важких часток, що вступають у сильні взаємодії). Тривалість ери 0,0001 с, температура 10 градусів за Кельвіном, щільність 10 см. У кінець ери відбувається анігіляція частинок і античастинок, але залишається деяка кількість протонів, гіперонів, мезонів.

Ера лептонів (легких частинок, що вступають в електромагнітне взаємодія). Тривалість ери 10 с, температура 10 градусів за Кельвіном, щільність 10 / см. Основну роль відіграють легкі частинки, що беруть участь в реакціях між протонами і нейтронами.

Фотонна ера. Тривалість 1 млн. років. Основна частка маси - енергії Всесвіту - припадає на фотони. До кінця ери температура падає з 10 до 3000 градусів за Кельвіном, щільність - від 10 р. / см до 1910 / см. Головну роль грає випромінювання, яке в кінець ери відділяється від речовини.

Зоряна ера настає через 1 млн. років після зародження Всесвіту. У зоряну еру починається процес утворення протозірок і протогалактік. Потім розгортається грандіозна картина утворення структури Метагалактики.

Поряд з гіпотезою Великого вибуху обґрунтовується інфляційна модель Всесвіту, в якій розглядається ідея творіння Всесвіту. Ця ідея має складне обґрунтування і пов'язана з квантовою космологією. У даній моделі описується еволюція Всесвіту, починаючи з моменту 10 с після початку розширення.

Відповідно до інфляційної гіпотезою космічна еволюція в ранньому Всесвіті проходить ряд етапів.

Початок Всесвіту визначається як стан квантової супергравітації з радіусом Всесвіту в 10 см (розмір атома 10) Основні події в ранньому Всесвіті розігрувалися за нікчемно малий проміжок часу від 10 с до 10 с.

У стадії інфляції створювалося сам простір і час Всесвіту. Весь цей початковий період у Всесвіті не було ні речовини, ні випромінювання. Потім стан помилкового вакууму розпалося, вивільнити енергію пішла на народження важких частинок і античастинок, які, проаннігілірував, дали потужний спалах випромінювання (світла), освітившись космос. Так відбувся перехід від інфляційної стадії до фотонів.

Етап відділення речовини від випромінювання: що залишився після анігіляції речовина стала прозорим для випромінювання, контакт між речовиною і випромінюванням пропав.

В подальшому розвиток Всесвіту йшло в напрямку від максимально простого однорідного стану до створення дедалі більш складних структур - атомів, галактик, зірок, планет, синтезу важких елементів в надрах зірок, в тому числі і необхідних для створення життя, виникнення життя і людини.


^ 2. СТРУКТУРА І РОЗМІРИ ВСЕСВІТУ


Всесвіту на самих різних рівнях, від умовно елементарних частинок і до гігантських надскупчень галактик, властива структурність. Структура Всесвіту - предмет вивчення космології, однією з важливих галузей природознавства, що знаходиться на стику багатьох природничих наук: астрономії, фізики, хімії та ін Сучасна структура Всесвіту є результатом космічної еволюції, в ході якої з протогалактик утворилися галактики, з протозірок - зірки, з протопланетної хмари - планети.

Частина Всесвіту, доступна дослідженню астрономічними засобами, що відповідають досягнутому рівню розвитку науки, називається Метагалактики. Інакше кажучи, Метагалактика - охоплена астрономічними спостереженнями частина Всесвіту. Вона знаходиться в межах космологічного горизонту. Метагалактика являє собою сукупність зоряних систем - галактик, а її структура визначається їх розподілом у просторі, заповненому надзвичайно розрідженим міжгалактичним газом і пронизує міжгалактичними променями. 

Відповідно до сучасних уявлень, для Метагалактики характерна чарункова (сітчаста, пориста) структура. Ці уявлення ґрунтуються на даних астрономічних спостереженнях, які показали, що галактики розподілені не рівномірно, а зосереджені поблизу кордонів осередків, усередині яких галактик майже немає. Крім того, знайдені величезні обсяги простору, в яких галактик поки не виявлено.

Якщо брати не окремі ділянки Метагалактики, а її великомасштабну структуру в цілому, то, очевидно, що в цій структурі не існує якихось особливих, чимось виділяються місць або напрямів і речовина розподілено порівняно рівномірно.

Вік Метагалактики близький до віку Всесвіту, оскільки освіта її структури припадає на період, наступний за роз'єднанням речовини і випромінювання. За сучасними даними, вік Метагалактики оцінюється в 15 млрд. років. Вчені вважають, що, мабуть, близький до цього і вік галактик, які сформувалися на одній з початкових стадій розширення Метагалактики.

Головні складові Всесвіту - галактики. Галактика - гігантська система, що складається з скупчень зірок і туманностей, що утворять у просторі досить складну конфігурацію.

За формою галактики умовно поділяються на три типи: еліптичні, спіральні й неправильні.

Еліптичні галактики мають просторової формою еліпсоїда з різним ступенем стиснення. Вони є найбільш простими за структурою: розподіл зірочок рівномірно убуває від центру.

Спіральні галактики представлені у формі спіралі, включаючи спіральні гілки. Це найчисленніший вид галактик, до якого належить і наша Галактика - Чумацький Шлях.

Неправильні галактики не володіють вираженою формою, в них відсутнє центральне ядро.

Розміри галактики визначили за розміщенням зір, які видно на великих відстанях. Це цефеїди й гарячі надгіганти. Діаметр галактики можна взяти приблизно на 30 000 пк, або 100 000 світло­вих років, проте чіткої межі в неї немає, оскільки зоряна густина в галактиці поступово зводиться нанівець.

У центрі галактики знаходиться ядро діаметром 1000— 2000 пк— величезне ущільнене скупчення зір. Воно розміщене від нас на відстані майже 10 000 пк (30 000 світлових років)чу напрямі сузір'я Стрільця, але майже повністю сховане від нас завісою хмар космічного пилу.

До складу ядра галактики входить багато червоних гігантів і короткоперіодичних цефеїд. Зорі верхньої частини головної послідовності, особливо надгіганти і класичні цефеїди, становлять молодше населення. Воно розміщується далі від центра й утворює порівняно тонкий шар, або диск. Серед зір цього диска містяться пилова матерія і хмари газу. Субкарлики й гіганти утворюють навколо ядра й диска галактики сферичну систему.

За аналогією до інших зоря­них систем, можна вважати, що в диску нашої галактики мають існу­вати спіральні вітки, які виходять з ядра й на кінцях сходять на­нівець. Для таких віток характерні гарячі надгіганти і класичні цефеїди. Однак точне по­ложення й форму спіральних віток у нашій галактиці ще не з'ясовано.

Зв'язок між належністю зір до тієї чи іншої послідовності і розміщенням їх у просторі відо­бражає відмінності умов і часу утворення зір.

Окрім зірок і планет галактики містять розріджений газ і космічну пил.

Чумацький Шлях добре видно у безмісячну ніч. Він здається скупченням світяться туманних мас, що простягнулися від однієї сторони горизонту до іншої, і складається приблизно з 150 млрд. зірок. За формою він нагадує сплюснутий кулю. У центрі його знаходиться ядро, від якого відходить декілька спіральних зоряних гілок. Наша Галактика надзвичайно велика: від одного її краю до іншого світловий промінь подорожує близько 100 тис. земних років. Більша частина її зірочок зосереджена в гігантському диску товщиною близько 1500 світлових років. На відстані близько 2 млн. світлових років від нас знаходиться найближча до нас галактика - Туманність Андромеди, яка за своєю будовою нагадує Чумацький Шлях, але значно перевершує його за своїми розмірами.  Наша Галактика, Туманність Андромеди разом з іншими сусідніми зоряними системами утворюють Місцеву групу галактик. На відстані близько 30 тис. світлових років від центру Галактики розташоване Сонце.

На сучасному етапі еволюції Всесвіту речовина в ній знаходиться переважно в зоряному стані. 97% речовини в нашій Галактиці зосереджена в зірках, що представляють собою гігантські плазмові утворення різної величини, температури, з різною характеристикою руху.

Вік зірочок змінюється в досить великому діапазоні значень: від 15 млрд. років, відповідних віком Всесвіту, до сотень тисяч - наймолодших. Є зірки, які утворюються в даний час і знаходяться в протозірковій стадії, тобто вони ще не стали справжніми зірками.

Народження зірок відбувається в газово-пилових туманностях під дією гравітаційних, магнітних та інших сил, завдяки яким йде формування нестійких однорідність і дифузна матерія розпадається на ряд згущені. Якщо такі згущення зберігаються досить довго, то з плином часу вони перетворюються на зірки. Важливо відзначити, що відбувається процес народження не окремої ізольованої зірки, а зоряних асоціацій.

Світ зірочок незвичайно різноманітний. І хоча всі зірки - розпечені кулі, подібні Сонцю, їх фізичні характеристики розрізняються досить істотно.  Є, наприклад, зірки - гіганти і надгіганти. За своїми розмірами вони перевершують Сонце.

Окрім зірок гігантів існують і зірки - карлики, значно поступаються за своїми розмірами до Сонця. Деякі карлики менше Землі і навіть Місяця.

Розрізняють також нейтронні зірки - це величезні атомні ядра.

Зірки володіють різними поверхневими температурами - від кількох тисяч до десятків тисяч градусів. Відповідно розрізняють і колір зірок. Порівняно «холодні» зірки з температурою +3 -4 тис. градусів - червоного кольору. Наше Сонце з поверхнею, «нагрітої» до 6 тис. градусів, має жовтуватий колір. Найгарячіші зірки - з температурою вище 12 тис. градусів - білі і блакитні.

Зірки не існують ізольовано, а утворюють системи. Найпростіші зоряні системи - складаються з 2-х і більше зірок. Зірки об'єднані також у ще більші групи - зоряні скупчення.

Розрізняють два види зоряних скупчень: розсіяні й кульо­ві. Порівняємо їхні властивості. Розсіяні скупчення складаються звичайно з десятків або сотень зір головної послі­довності й надгігантів із слабкою концентрацією до центра.

Кульові скупчення складаються з десятків або сотень ти­сяч зір головної послідовності й червоних гігантів. Іноді до них входять короткоперіодичні цефеїди.

Розмір розсіяних скупчень — кілька парсеків. Це, наприклад, скупчення Гіади і Плеяди із сузір'я Тельця. Якщо на скупчення Плеяди навести телескоп, то замість групи з 6 зір, видимих не­озброєним оком, у полі зору телескопа побачимо брильянтовий розсип зір. Розмір кульових скупчень із сильною концентрацією зір до центра — десятки парсеків. Усі вони далекі від нас і в слабкий телескоп їх видно як туманні плями.

Діаграми «колір — світність» для зір кульових і розсіяних скупчень різні. Це й допомагає розрізняти тип зоряного скуп­чення. До складу розсіяних скупчень входять також газ і пил (див. мал. 85), які не спостерігаються в кульових зоряних скуп­ченнях.

Відстані до найближчих кульових скупчень визначають за короткоперіодичними цефеїдами, що входять до їх складу, порівню­ючи їх видиму зоряну величину з відомою для них абсолютною зоряною величиною.

Щоб визначити відстані до розсіяних скупчень, складають для їх зір діаграму «колір — видима зоряна величина» і порівнюють її з діаграмою «колір — абсолютна зоряна величина». Це дає змогу знайти різницю між видимою та абсолютною величинами для зір одного й того самого кольору, а звідси — відстань до зір скупчення (див. формулу (4)).

Відомо понад 100 кульових і сотні розсіяних скупчень, але в Галактиці розсіяних скупчень має бути десятки тисяч. Ми бачимо тільки найближчі з них.

На небі спостерігаються розсіяні групи гарячих надгігантів, які радянський учений, академік В. А. Амбарцумян назвав 0-асоціаціями. їхні зорі далекі одна від одної і не завжди утриму­ються взаємним тяжінням, як у зоряних скупченнях. 0-асоціації також характерні для населення спіральних віток.

Сонячна система являє собою групу небесних тіл, вельми різних за розмірами і фізичній будові.  В цю групу входять: Сонце, дев'ять великих планет, десятки супутників планет, тисячі малих планет (астероїдів), сотні комет, незліченна безліч метеоритних тел. Всі ці тіла об'єднані в одну систему завдяки силі тяжіння центрального тіла - Сонця. Сонячна система є впорядкованою системою, що має свої закономірності будови. Єдиний характер Сонячної системи виявляється в тому, що всі планети обертаються навколо сонця в одному і тому ж напрямку і майже в одній і тій же площині. Сонце, планети, супутники планет обертаються навколо своїх осей в тому ж напрямку, в якому вони здійснюють рух по своїх траєкторіях. Закономірно і будова Сонячної системи: кожна наступна планета віддалена від Сонця приблизно в два рази далі, ніж попередня.

Сонячна система утворилася приблизно 5 млрд. років тому, причому Сонце - зірка другого покоління. Сучасні концепції походження планет Сонячної системи ґрунтуються на тому, що потрібно враховувати не тільки механічні сили, але й інші, зокрема електромагнітні. Вважається, що саме електромагнітні сили зіграли вирішальну роль при зародженні Сонячної системи.

Відповідно до сучасних уявлень, початкове газова хмара, з якого утворилися і Сонце, і планети, складалося з іонізованого газу, схильного до впливу електромагнітних сил. Після того як з величезної газової хмари засобами концентрації утворилося Сонце, на дуже великій відстані від нього залишилися невеликі частини цієї хмари. Гравітаційна сила стала притягувати залишки газу до утворилася зірку - Сонця, але його магнітне поле зупинило падаючий газ на відстані - як раз там, де знаходяться планети. Гравітаційна і магнітні сили вплинули на концентрацію і згущення падаючого газу, і в результаті утворилися планети. Коли виникли найбільші планети, той же процес повторився в менших масштабах, створивши, таким чином, системи супутників.


^ 3. РУХ ЗІРОК І СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ У ГАЛАКТИЦІ


В давнину зорі не випадково нази­вали «нерухомими». Лише у XVIII ст. було виявлено дуже повіль­не переміщення Сіріуса серед зір, помітне при порівнянні Точних вимірів його положення, зроблених з проміжком часу кілька деся­тиліть. Власним рухом зорі називається її видиме кутове зміщення по небу за один рік на фоні слабких далеких зір. Воно виражаєть­ся частками секунди дуги за рік.

Лише зоря Барнарда проходить за рік дугу 10", що за 200 років становитиме 0,5°, або видимий поперечник Місяця. За це зорю Барнарда назвали «летючою».

Власні рухи зір у наш час визначають, порівнюючи фотографії вибраної ділянки неба, зроблені на одному й тому самому теле­скопі через роки і навіть десятиріччя. Внаслідок того, що зоря рухається, її положення на фоні більш віддалених зір за цей час дещо змінюється. Зміщення зорі на фотографіях вимірюють за допомогою спеціальних мікроскопів. Його вдається оцінити лише для порівняно близьких зір.

Та якщо відстань до зорі невідома, то її власний рух мало що говорить про справжню швидкість зорі. Наприклад, шляхи, пройдені зорями за рік (мал. 87), можуть бути різними: S1A, S2С, а відповідні їм власні рухи () — однаковими. Швидкість зорі у просторі можна розглядати як векторну суму двох компо­нентів, один з яких спрямований уздовж променя зору, другий — -перпендикулярний до нього. Перший компонент — це променева, Другий — тангенціальна швидкість. Власний рух зорі визначаєть­ся лише тангенціальною швидкістю і не залежить від промене­вої.

Щоб обчислити тангенціальну швидкість ут у кілометрах за се­кунду, треба  в радіанах за рік помножити на відстань до зорі D в кілометрах і поділити на число секунд у році. Та оскільки на практиці ц завжди визначають у секундах дуги, а О — в парсеках, то для обчи­слення ут в кілометрах маємо формулу:

= 4,74 D

Якщо визначено за спектром і променеву швидкість зорі r, то просторова швидкість її  до­рівнюватиме:

.

Швидкості зір відносно Сон­ця (або Землі) звичайно ста­новлять десятки кілометрів за секунду.

На початку XIX ст. В. Гершель за власними рухами небагатьох близьких зір установив, що від­носно них Сонячна система ру­хається в напрямі сузір'я Ліри і Геркулеса. Напрям, у якому рухається Сонячна система, на­зивається апексом руху. Згодом, коли за спектрами почали визначати променеві швидкості зір, висновок Гершеля підтвердився. У напрямі апекса зорі наближаються до нас у середньому із швидкістю 20 км/с, а в протилежному напрямі з такою самою швидкістю віддаляються від нас.

Отже, Сонячна система рухається в напрямі сузір'їв Ліри і Геркулеса зі швидкістю 20 км/с відносно сусідніх зір.

Зорі, близькі одна до одної на небі, у просторі можуть розміщуватися далеко одна від одної і рухатися з різними швид­костями. Тому через тисячоліття вигляд сузір'їв має дуже змінити­ся внаслідок власних рухів зір.

Усі зорі галактики обертаються нав­коло її центра. Кутова швидкість обертання зір у внутрішній області галактики приблизно однакова, а зовнішні її частини обертаються повільніше. Цим обертання зір у галактиці відріз­няється від обертання планет у Сонячній системі, де й кутова, і лінійна швидкості із збільшенням радіуса орбіти швидко змен­шуються. Ця відмінність пов'язана з тим, що ядро галактики не перевищує її маси так, як Сонце в Сонячній системі.

Сонячна система робить повний оберт навколо цент­ра галактики приблизно за 200 млн. років із швидкістю 250 км/с.


ВИСНОВОК


Всесвіт у широкому сенсі - це середовище нашого існування. Тому важливе значення для практичної діяльності людини має та обставина, що у Всесвіті панують незворотні фізичні процеси, що вона змінюється з часом, знаходиться в постійному розвитку. Людина приступив до освоєння космосу, вийшла у відкритий космічний простір. Наші звершення набувають все більшого розмаху, глобальні і навіть космічні масштаби. І для того, щоб врахувати їхні близькі та віддалені наслідки, ті зміни, які вони можуть внести в стан середовища нашого існування, в тому числі і космічної, ми повинні вивчати не тільки земні явища і процеси, але й закономірності космічного масштабу.

Велике щастя для нас, що в первинній речовині був надлишок протонів над нейтронами. Завдяки цьому залишилися у Всесвіті незв'язані протони, і згодом утворився водень, без якого не світило б сонце, не було б води, не могла виникнути життя. Не було б життя, не було б і людства.

Картина будови та розмірів Всесвіту, яка відкрилася перед нами, вражає уяву і дивує. Не перестаючи дивуватися, не слід забувати, що все це відкрила людина - мешканець маленької порошинки, загубленої в безмежних просторах Всесвіту, - планети Земля.


ЛІТЕРАТУРА

1. Карпенків С.Х., Концепції сучасного природознавства: Підручник для вузів. М. 2003. – С. 45-89.

2. Найдиш В.М., Концепції сучасного природознавства. М. 2003. – С. 56-90.

3. Лавриненко В.М., Ратніков В.П., Концепції сучасного природознавства. М. 2003. – С. 23-40.

4. Петросова Р.А., Голов В.П., Сівоглазов В.І., Природознавство та основи екології. М. 2000. – С. 19-33.

5. Происхождение солнечной системы. Под ред. Г.Ривса. Пер. с англ. и франц. под ред. Г.А.Лейкина и В.С.Сафронова. М, "МИР", 1976. – С. 22-102.

6. Человек и мироздание: Взгляд науки и религии.- М.: Сов. Россия. 1986. – С.10-28.