Ксе, лекция 19

Марс

Марс имеет два спутника – Робос и Деймос – страх и ужас. Все они меньше Луны. В отличие от большинства спутников Робос имеет форму изогнутого овала, Деймос же – форму шара.

Шкловский высказал идею, что Робос – космическая станция. Атмосфера Марса состоит в основном из углекислого газа, есть небольшое количество кислорода. Поверхность Марса покрыта пустынями и горными цепями.

Следов растительности и жизни пока на Марсе не обнаружено. С Земли каньоны видны как каналы. На Марсе есть полярные шапки, которые летом тают. Этот лёд – замёрзшая углекислота.

На Марсе обнаружены высохшие реки, исходя из чего вывод: Марс был похож на Землю. На Марсе дуют очень сильные ветры. Значительная часть поверхности Марса покрыта пылевой дымкой, есть песчаные бури.

Астероиды

Астероиды – множество мелких тел. Самый большой замеченный астероид – Церера, его размер равен 770 км. Суммарная масса астероидов в галактике равна одной тысячной от массы Земли. Есть гипотеза, что пояс образовался от взрыва планеты Фаэтон.

Но учёные всё более склоняются к тому, что астероиды существовали с самого начала существования Солнечной системы. Не все астероиды движутся по определённым орбитам. Отдельные астероиды способны покинуть пояс и пролететь над Землёй. Существует международная комиссия наблюдения за астероидами и их движениями. Основная цель комиссии – предупреждение о приближении астероида к Земле. Разработаны проекты о предотвращении столкновения Земли с Астероидом. Будут запущены аппараты с нейтронными бомбами, и изменится его траектория.

65 миллионов лет назад Земля столкнулась с астероидом или кометой. В результате на полуострове Юкатан образовался гигантский кратер. Атмосфера была заполнена большим количеством пыли, Солнечные лучи не могли пробить пыль, упала температура.

Из 55 видов планктона выжило 3. Вымерли динозавры (так как были хладнокровными). Только небольшое количество теплокровных пережили эпоху. Произошёл скачёк в эволюции. Развились теплокровные. Это явление называется кайнодатским взрывом.

Имеется мнение, что жизнь на Марсе погибла после столкновения с астероидом. В пользу этой гипотезы говорит кусочек метеорита с Марса найденный в Антарктиде.

Юпитер

Юпитер имеет 14 спутников. Это – самая большая планета Солнечной Системы. Юпитер имеет магнитное поле. Температура на его поверхности низкая, но она в два раза выше, если бы всё тепло было бы обусловлено только Солнцем: внутри Юпитера видно «Красное пятно» - большое море или вихрь жидкого аммиака. В виду того, что поверхность Юпитера является жидкой, никаких гор на ней нет.

Представляют интерес спутники. Европа – большое количество льда из воды. Возможно, подо льдом есть моря и возможно там есть жизнь.

Сатурн

Сатурн особенен наличием колец. Кольца Сатурна образовались в результате одного из спутников. Теория колец Сатурна впервые построила русский математик С. Ковалевская. У Сатурна 10 спутников.

Уран

Покрыта льдом из замёрзших газов. Температура низкая – примерно -207 градусов по Цельсию.

Нептун

Похода на уран, покрыта замёрзшими газами.

Плутон

Самая последняя планета. Плутон похож на Землю. Поверхность Плутона покрыта кратерами. Есть спутник – Харон.

За Солнечной Системой находится зона Орта. Там летает большое количество комет. Кометы –небесные тела, которые движутся по вытянутым орбитам вокруг Солнца.

Некоторые из комет периодически появляются на нашем небе. Комета Галлея – 77 лет летит по Орбите.

Ядро кометы состоит из льда и примесей пыли. В составе пыли могут быть биологические частицы, в частности вирусы.

Гипотеза ПанСпернея – высказана Авенариусом. Сторонник гипотезы явления – Хойл.

Солнце

149500 км от Земли. Диаметр Солнца больше диаметра Земли в 100 раз. Солнце представляет собой облако Водорода и Гелия. 1% составляют другие элементы. Основными силами на Солнце являются силы гравитации. Ввиду большой массы Солнца эти силы настолько сильны, что они противостоят давлению, которое стремится разорвать Солнце. Возможно равновесие между сжатием и разрыванием.

Температура на поверхности Солнца равна 6000 градусов, но есть пятна, где температура ниже. Температура в центре Солнца равна около 3000000 градусов. Она связана с большим давлением. Солнце изучает световую энергию. Из-за излучения Солнце должно охлаждаться, но Солнце, возраст которого 5 миллиардов лет, светит примерно одинаково. Внутри Солнца идут термоядерные реакции

Эта реакция – реакция водородного цикла. В её результате выделяется энергия термоядерной реакции. На Солнце происходит управляемый термоядерный синтез, который не удаётся на Земле. Особенностью реакции является то, что средняя энергия на грамм Солнца приблизительно равна 2 эрг/сек, что намного меньше, чем энергия человеческого тела.

Долгое время существовала проблема солнечного нейтрино. Нейтрино свободно достигают от центра Солнца до поверхности Земли. Под действием нейтрино возможна реакция превращения атомов хлора в атомы аргона.

Существуют нейтринные Лаборатории и нейтринные телескопы. Глубоко под Землёй – большие баки с хлором и приборами, чтоб зарегистрировать превращение хлора в радиоактивный аргон.

В течение долгого времени нейтрино регистрировали меньше, чем должны были. Найдено объяснение, что нейтрино электронные превращаются в другие нейтрино.

КСЕ, лекция 20

Концепции космологии

Наше Солнце это одна из звёзд системы, которая называется Галактикой. Галактика имеет 10 в 11 степени звёзд. Ближайшая к нам звезда - Альфа Центавра. На самом деле она состоит из трёх звёзд, находящихся близко друг к другу. Самая близкая из них - Проксима. Расстояние до неё - 4,2 световых года. (Свет от Солнца приходит к нам за минуту). Расстояние между звёздами измеряется парсеками, 1 парсек равен около 3,2 световых года. Большинство звёзд в галактике - двойные или тройные. Общее мнение что у таких звёзд не может быть планетных систем. В Галактике есть и звёзды, похожие на наше Солнце, у некоторых из них уже обнаружены планеты. Эти планеты похожи больше на Юпитер, а не на Землю, но, возможно, это связано с тем, что более мелкие планеты на таком расстоянии не видны. Галактика - скопление из 10 в 11 звёзд, размер галактики порядка 100000 световых лет (100 килопарсек). Галактика имеет форму диска. Диск имеет размер - 100 килопарсек в одном направлении и 10 килопарсек в другом направлении. В центре Галактики находится ядро. Общее состоит в том, что там находится чёрная дыра. Различные звёзды вращаётся вокруг центра галактики. Наше солнце совершает полный оборот вокруг центра галактики за 230 миллионов лет, при этом проходя разные области галактики. Возраст земли - 4,5 миллиардов лет, возраст Солнца - 5 миллиардов лет. За это время Солнце совершило 22 оборота вокруг цента.

Кроме нашей галактики имеются другие галактики, которые выглядят с земли как небольшие туманные пятнышки, но при подробном рассмотрении оказывается , что это системы звёзд, содержащие примерно 10 в 11 звёзд внутри себя. Расстояние между галактиками измеряется в мегапарсеках или в миллионах световых лет. Галактики похожи на острова во вселенной, между ними находятся большие пустоты - больше чем сами галактики.

Наша галактика входит в систему галактик, которая называется местным скоплением. На больших расстояниях - десятков и сотнях мегапарсек галактики выглядят как бы нанизанные на нити ячейки. Самые большие расстояния, доступные сегодняшним приборам - 300 мегапарсек. (МПс). Космология - наука о вселенной на расстояниях 300 МПс и больше.

1. Однородность вселенной - на этих расстояниях в каждом кубе с ребром в 300 МПс содержится одинаковое количество галактик. Сегодня обнаружено порядка миллиарда галактик. Свойство постоянной плотности галактик, независимо от места их нахождения называется однородностью вселенной.

2. Изотропность вселенной - плотность вещества оказывается одинаковой, в каком бы направлении во вселенной мы не пошли. Эта независимость от направления называется изотропностью вселенной.

3. Расширение вселенной - все галактики испускают свет, электромагнитное излучение. При этом обнаруживается, что чем дальше от нас находится галактика, тем более красным является её свет. Это явление называется красным смещением, оно объясняется тем, что пространство вселенной расширяется, как и было предсказано в 1922 году в Петрограде А.А. Фридманом. Имеет место закон Хаббла, согласно которому скорость равна расстоянию до галактики умноженной на постоянную Хаббла. Постоянная Хаббла равна 75 км/(сек*МПс). Величина постоянной Хаббла может быть записано как 1/Т, где Т - возраст вселенной, равный 13,7 миллиардов лет. На больших расстояниях вселенная представляет собой Большой Взрыв. Галактики похожи как бы на осколки, которые разлетаются с большой скоростью друг от друга. Согласно общей теории относительности и решению Фридмана нельзя представлять себе этот взрыв похожим на взрыв бомбы, когда осколки разлетаются в каком-то фиксированном пространстве. Этот взрыв является расширением самого пространства, так что все расстояния между галактиками увеличиваются, по этому начало самого взрыва являлось и началом самого пространства. В любом мест вселенной, где бы мы не находились, нам будет казаться, что галактики улетают от нас.

Состав вселенной

1. Вселенная состоит из видимого вещества.

Видимое вещество содержится в звёздах, планетах, звёздном газе, кометах. В основном видимое вещество - протоны в виде водорода, а так же гелий и небольшое количество тяжёлых элементов. Средняя плотность вещества во вселенной - 10 в -31 г/см3. Все люди, всё живое состоит из видимого вещества. Мы в основном состоим из воды, углерода и другие элементы.

2. Реликтовое излучение.

В 1947 году русский физик Георгий Гамов высказал идею о том, что если вселенная представляет собой большой взрыв, то в прошлом плотность вещества была очень большой, а значит была очень большая температура, и в прошлом небо не было чёрным, всё сверкало как поверхность Солнца. Гамов так же высказал, что в прошлом это излучение, соответствующей высокой температуре вселенной, заполняли её всю. Но и сегодня мы могли бы это излучение увидеть, хотя из-за расширения вселенной температура этого излучения стала очень маленькой. В 1965 году два американских инженера, Пензиас и Вильсон с помощью радио-локатора зафиксировали неизвестное излучение, приходящее из космоса в радиодиапазоне. Необычным свойством этого излучения было то, что у него не было источника - светилось всё небо. В отличие от обычного электромагнитного излучения, которое всегда имеет источник, например звезду, это излучение никакого источника не имеет.

Тогда в 1965 году известный американский астрофизик Дикке объяснил Пензиусу и Вильсону - это излучение, которые приходит из самого начала вселенной, когда не было ни звёзд, ни галактик, ни планет. Это излучение было названо реликтовым излучением. Температура реликтового излучения равна 2,7 кельвина. Существование этого излучения показывает, что вся вселенная с веществом в ней как бы плавает в океане света - океане из фотонов реликтового излучения. Число фотонов в 10 миллиардов раз больше числа протонов. Температура реликтового излучения меняется во времени, чем ближе к началу вселенной, тем выше эта температура. Сегодня, когда вселенная имеет возраст 13,7 миллиардов лет, эта температура равна 2,7 градусов Кельвина.

Когда вселенной было 300000 лет, эта температура была равна температуре поверхности Солнца - 6000 градусов. При той температуре не могли существовать ни звёзды, ни галактики, ни планеты. Эра от начала вселенной до 300000 лет называется эпохой огненного шара. Само время - 300000 лет называется временем рекомбинации. Реликтовое излучение обладает свойством, что температура этого излучения оказывается одинаковой для разных участков неба, однако происхождение галактик возможно только если в разных участках неба в эру рекомбинации возникли небольшие изменения температуры. Эти изменения температуры называются флуктуациями реликтового излучения.

До 300000 лет вселенная была одним огненным шаром, а после стали возникать первые галактики за счёт того, что во вселенной возник первый звук. Этот первый звук называется акустическим колебаниям Сахарова. Он был предсказан А.Д.Сахаровым в 60-е годы. Дело в том, что когда температура реликтового излучения упала ниже 6000 градусов, частицы вещества стали притягиваться друг к другу и образовывать первые комки вещества, из которых потом образовались первые галактики. При этом эти частицы колебались, и соответствующие колебания представляли собой звук. Там, где прозвучал этот звук, возникли галактики. Услышать, однако, человек бы не мог, этот звук являлся инфразвук (очень низкой частоты).

Однако его можно было увидеть - открытием 2002 года было наблюдение американским спутником Wmap первого звука, раздавшегося во вселенной. Там, где прозвучал этот звук температура реликтового излучения изменилось, в некоторых участках температура отличалась в 10 в -5 раз. С помощью этого спутника было найдено 2000 таких пятен. Выяснилось, что на месте этих пятен в будущем возникли галактики, которые мы сегодня видим. Дело в том, что из-за конечности скорости света когда мы смотрим с помощью телескопов на далёкие объекты во вселенной, мы смотрим далёкое прошлое вселенной.

С помощью реликтового излучения мы смотрим на такие далёкие расстояния и в такие далёкие времена, когда звёзд ещё не было. Идеалом этих наблюдений - наблюдение самого начала вселенной. Существуют международные проекты по изучению космологии, учёные из США, России, Японии активно участвуют в разработке.

3. Скрытая масса или тёмная материя.

В конце 19-ого века и в начале 20-ого общим мнением в науке было то, что вселенная, планеты, звезды и всё остальное состоит из того же вещества, что встречается на Земле, и никакого другого вещества во вселенной нет. Космические исследования второй половины 20-ого века подтвердили это мнение - на других планетах не было обнаружено никакого другого вещества, другого, чем-то, что есть на Земле, однако, исследование галактик показало, что это не