5.2. Структура Вселенной

Вселенная включает в себя множество галактик. Галактики, подобно звездам, располагаются группами. В конце 70-х гг. ХХ в. было обнаружено, что Вселенная имеет ячеистую структуру, которая напоминает паутину. Галактики в ней распределены не равномерно, а сосредоточены вблизи границ ячеек. Причем в сравнительно небольших масштабах (в пределах галактики) вещество распределено явно неравномерно, но в масштабах сверхскоплений галактик – относительно равномерно. Поэтому полагают, что в целом Вселенную можно считать и изотропной, и однородной.

По внешнему виду галактики условно делят на три типа: спиральные, эллиптические и неправильные. Более 70 % галактик, в том числе и наша, имеют спиральную структуру. Наша галактика (Млечный Путь) считается рядовой звездной системой. Она состоит почти из 200 млрд звезд и имеет довольно сложное строение – диска с утолщением в центре и спиралевидными рукавами, выходящими из ядра галактики, в которых сконцентрированы наиболее яркие звезды и массивные газовые облака. Мы ядро нашей галактики не видим, так как оно закрыто от нас межзвездной пылью и обнаруживает себя только в инфракрасном и радиодиапозонах. Солнечная система расположена на периферии нашей галактики, на расстоянии 2·10¹⁷ км от ее центра между спиральными рукавами, и движется вокруг центра галактики со скоростью 250 км/с, совершая полный оборот примерно за 290 млн лет. Лишь в 70-е гг. удалось удовлетворительно объяснить механизм возникновения вихревых движений галактик в однородной и изотропной Вселенной. Согласно газодинамической теории процесс образования Вселенной сопровождался движением потоков вещества со сверхзвуковыми скоростями. От столкновения потоков образовывались ударные волны. При пересечении потоком вещества фронта ударной волны возникали мощные вихревые движения. Так как газодинамические явления всегда сочетаются с электромагнитными, магнитогидродинамическими и гравитационными, то образование структур во Вселенной (звезд, галактик, планет) сейчас обсуждается как сложный коллективный процесс.

Если посмотреть на ночное небо, то невооруженным глазом можно увидеть около 6000 звезд. Сосчитаны и занесены в звездные каталоги все звезды ярче 11-й звездной величины. Их около миллиона. Всего нашему наблюдению доступно около 2 млрд звезд, а общее их количество во Вселенной оценивается в 10²². Вещество звезд представляет собой плазму – ионизированный газ. Высокая светимость звезд, поддерживаемая в течение длительного времени, связана с выделением огромного количества энергии. Сегодня считается, что она обеспечена двумя источниками – гравитационным сжатием и термоядерными реакциями (превращением ядер водорода в ядра гелия). Возраст звезд меняется в большом диапазоне значений: от 15 млрд лет до сотен тысяч лет. Звезды различаются по светимости, массе, плотности, радиусу, температуре. В соответствии с этим их подразделяют на разные классы. Самые многочисленные – карлики с массами примерно в 10 раз меньше массы Солнца (масса Солнца 1,99·10³³ г). Есть красные и желтые гиганты и сверхгиганты, во много раз превосходящие по размеру наше Солнце. Конечные судьбы звезд определяются их массами. Из небольших звезд образуются белые карлики, медленно остывающие и превращающиеся в не излучающие свет черные карлики. На заключительной стадии эволюции более крупных звезд, обладающих массами от 1,2 до 2 масс Солнца, образуются нейтронные звезды, состоящие из протонов и нейтронов и имеющие огромную плотность (до 100 млн т/ см³). Пульсары являются намагниченными вращающимися нейтронными звездами. Если масса звезды составляет более 2 солнечных масс, она должна превратиться в «черную дыру» – объект с гигантской массой и микроскопическими размерами, образующийся в результате гравитационного коллапса (катастрофического сжатия) крупных звезд, ничего не выпускающий наружу, не излучающий и не отражающий. Предполагают, что «черные дыры», являющиеся мощными источниками рентгеновского излучения, находятся в ядрах галактик.

Наше Солнце относится к разряду желтых карликов, в нем сосредоточено 99,8 % массы Солнечной системы. Его диаметр равен 1 400 000 км, температура на поверхности – около 6000 К, в глубине – 10-15 млн К. Полагают, что приблизительно через 5 млрд лет запас водородного горючего начнет истощаться и Солнце начнет расширяться, превращаясь в красного гиганта. Наступит момент, когда оно будет излучать в 100 раз больше энергии, чем сейчас. Внутренние планеты Солнечной системы потеряют атмосферу и распадутся. Затем Солнце сожмется и превратится в очень слабый белый карлик.

Поток информации о космосе особенно возрос в последние годы, когда началось изучение планет, комет, звезд и межпланетного пространства с применением космических аппаратов, радиотелескопов и др. Вновь поступающая информация подчас коренным образом меняет многие ранее сложившиеся представления. Накопление фактических данных о Солнечной системе, галактиках, звездах и Вселенной в целом еще далеко до завершения.

• Знаете ли вы…что в конце 60-х гг. у американских космонавтов на кораблях «Джемини» возникла проблема: шариковые ручки не писали в невесомости. Невозможно было вести бортовой журнал. Тогда американцы вложили несколько миллионов долларов и разработали «космическую» ручку, пишущую в невесомости и в любом положении. Суть изобретения в том, что в стержень закачан под давлением газ, который и выдавливает пасту на шарик. Английский журнал «Нью сайентист», рассказавший эту историю, добавляет, что такие же проблемы возникли тогда и у советских космонавтов. Но, не имея лишних миллионов, они просто стали писать карандашом.

До настоящего времени спорными остаются вопросы, касающиеся причин и движущих сил эволюции Вселенной. Есть две основные концепции, пытающиеся объяснить космическую эволюцию: теория самоорганизации (синергетика) и креационизм. Теория самоорганизации Пригожина–Арнольда–Хакена, комментируя некоторые явления упорядочения, пока предлагает лишь некоторые теоретические размышления и аналогии, весьма далекие от доказательств возникновения Вселенной и жизни из хаоса. Эволюция Вселенной рассматривается в ней как самопроизвольный процесс упорядочивания и усложнения систем. Первоначальный хаос порождает порядок, который совершенствуется путем случайного отбора наиболее устойчивых и продуктивных структур. Вопрос о цели космической эволюции здесь не рассматривается. В концепции креационизма (творения) эволюция Вселенной связывается с реализацией программы, определяемой не случайными материальными причинами, а реальностью более высокого порядка (Богом). Процесс развития Вселенной, согласно этой концепции, имеет целенаправленный характер. Появление разума и человека не только заранее запланировано, но и имеет определенное предназначение, которое проявит себя в дальнейшем. Если человечество продолжит свое существование и его способность к познанию окружающего мира сохранится, то, возможно, одной из главных задач научного поиска станет осознание своего предназначения в развивающейся Вселенной.