11 Строение и эволюция вселенной

11.1.Строение и эволюция вселенной.

Космология – наука о свойствах и эволюции вселенной как одного целого.

Астрономия – наука о свойствах небесных тел, их систем, их строении.

Становление космологии способствовало серии теоретических и экспериментальных работ, выполненных в 30е-50е годы.

Вселенная – совокупность всех форм материи. Вселенная как система имеет подсистемы – метагалактики – видимые части вселенной. Метагалактика как подсистема включает скопление и сверхскопление галактик. В метагалактике примерно 10млрд галактик, каждая из галактик имеет приблизительно100млрд звезд. В нашей галактике 150-200млрд звезд.

11.2.Метагалактика.

Размер метагалактики описывается 15-20млрд световых лет. Пространство между галактиками заполнено газом с очень низкой плотностью. В нем есть космическая пыль, физические поля и возможно имеются скопления нейтрино. Многолетние исследования метагалактики показали, что у нее есть два фундаментальных свойства: однородность и изотропность. Однородность – плотность относительно одинакова во всех частях метагалактики. Но нужно брать достаточно большие объемы пространства, куб со стороной 100млн парсек(1парсек = 3.3 световых года). Изотропность – свойства метагалактики одинаковы в любом направлении.

Скопление и сверхскопление галактик – группа галактик. Примерно 20 лет назад было обнаружено, что галактики распределены по границам ячеек, т.е. галактики образуют паутинную сетку, а внутри ячеек галактики нет.

11.3.Галактики.

Галактика – система, включающая в себя звезды и диффузную материю. Диф.материя – отдельные атомы и молекулы. А также галактические облака пыли и газа, которые называют туманностями. В основном(99.9%) вещество сосредоточено в звездах. Различают три основных вида галактик: эллиптические (примерно 26%, в них звезды расположены внутри эллипсоида), спиральные (самые распространенные, 50%, в центре имеется ядро, состоящее из звезд и диф.материй, от ядра отходят спиральные завитки облаков пыли и скоплений звезд), неправильные. У эллиптических галактик пыли почти нет, звезды сосредоточены в основном в ядре. В нашей галактике четыре спиральные ветви. Солнце движется вокруг ядра галактики со скоростью 250 км/ч и делает полный оборот за 280 – 290млн лет. Ближайшая к нам спиральная галактика – туманность Андромеды. Она отстает от нас на 25-27млн световых лет.

Размер нашей галактики 100тыс световых лет. В строении неправильных галактик не обнаружено закономерностей. Ближайшие к нам неправильные галактики – магеллановы облака (большое и малое). Они отстоют от нас на расстояние 150тыс световых лет.

11.4.Эволюция вселенной. Космологические модели.

До начала двадцатого века естествознание принимало постулат: вселенная стационарна, т.е. не изменяется со временем, изменятся могут конкретные космические системы, но не мир в целом. Эйнштейн разработал общую теорию относительности в 1916 году. На ее основе он построил первую космологическую модель вселенной. Он ввел новое уравнение тяготения, которое допускает множество решений. Но он ошибся, т.к. допускал стационарное состояние вселенной и добавил в уравнение специальную космологическую постоянную, чтобы получить стационарное решение.

Из модели Э. следовало, что вселенная стационарна, бесконечна во времени во времени, безгранична (невозможно никаким способом достичь границ вселенной), но конечна (занимает конечный объем).

Но прошло несколько лет, и ошибка Э. была найдена Фридманом А.А.. Он был метеорологом, пытался предсказать погоду. И увидел, что уравнения, которые он решал были похожи на эйнштейновские. Вместо введения постоянной Фридман сделал два простых предположения:1.вселенная выглядит одинаково, в каком бы направлении мы ее не наблюдали. 2.первое утверждение справедливо. Если наблюдать из любой точки вселенной.

Решив уравнение ОТО, Фридман получил нестационарную модель вселенной. Э. ее признал.

Нестационарность вселенной означает, что она либо сжимается, либо расширяется. На основе теории Ф. Создано три космологические модели.

s – расстояние между галактиками 1.В этой модели пространство конечно.

(большой хлопок) t

большой взрыв

s 2.Модель неограниченного расширения

t

3.Расширение вселенной бесконечно, но

замедливается.

Расширение вселенной притормаживается из-за наличия сил тяготения. Чтобы силы тяготения остановили расширение, плотность вещества во вселенной должна быть больше некоторой критической величины. Оценки плотности показывают, что она меньше критической и следователь вселенная будет расширятся и будет бесконечна. Но оценки плотности не надежны, т.к. могут быть невидимые скопления материи, в частности нейтрино и черные дыры.

11.5.Разбегание галактик.

В 1868г сэр У.Хаггинс обнаружил, что темные линии в спектрах некоторых ярчайших звезд слегка сдвинуты в красную или голубую стороны по сравнению с их положением в спектре солнца. Х. Правильно интерпретировал это как следствие эффекта Доплера: звезда движется к нам или от нас и вследствие этого меняется ее частота или длина волны

По величине сдвига спектральных линий определяется скорость движения звезды, при этом скорость определяется с высокой точностью, т.к. длины волн определены и приводятся в таблицу с точностью до 8-ми знаков.

В 1923 американский астроном Дэвид Хабал навел зеркало телескопа на Туманность Андромеды и сделал вывод, что эта туманность находится за пределами нашей галактики и синеет явно звездный состав. Он продолжил исследования в 1929 и установил, что свет, идущий от далеких галактик, смещается в сторону красного конца спектра. Это было названо красным смещением. Он объяснил это эффектом Доплера и сделал вывод, что галактики разбегаются.

Все галактики удаляются друг от друга, и вселенная расширяется.