Лекции по КСЕ5 / Лекция 3

Лекция 3

Тема 3 Мегамир. Вселенная. Солнечная система.

Что такое Вселенная – это весь материальный мир (исключаются иррациональные и духовные объекты, существующие, по-видимому, только в сознании человека). Возраст Вселенной – 15-20 млрд лет.

Космология - наука о происхождении и эволюции Вселенной как целого, основанная на наблюдении, изучении видимой части. Есть еще космогония – наука, изучающая небесные тела (происхождение, строение, эволюцию)

Из каких объектов состоит Вселенная ? Во первых, это галактики. Затем, звездные скопления. Квазары. Звезды (космические тела, излучающие благодаря внутренним источникам энергии), которые могут быть разными (красные гиганты и белые карлики, нейтронные звезды, пульсары, черные дыры, и т.п.). Неизлучающие космические тела (планеты, метеориты, астероиды, кометы, межзвездный газ и пыль).

Галактика – устойчивая совокупность большого (от миллионов до сотен миллиардов) количества звезд и звездных систем

Основные эмпирические факты, относящиеся к Вселенной в целом

- однородность и изотропность (свойства Вселенной (законы существования и эволюции материи) во всех точках и по всем направлениям одинаковы)

- конечность светового потока

- красное смещение (красное смещение в спектрах удаленных галактик - смещение линий излучения в спектрах далеких галактик. Предположительно связано с разлетанием галактик. Закон Хаббла – чем дальше галактика, тем больше смещение (тем больше скорость разлета). Позволяет оценить возраст Вселенной и расстояния до удаленных объектов

- реликтовое излучение (древнее изотропное излучение с температурой порядка 3 К, предположительно возникшее на ранней стадии эволюции Вселенной

- соотношение гелия и водорода (примерно как 1 к 2)

Гипотеза Большого Взрыва – 15-20 млрд лет взрыв (что взорвалось – неясно), затем – рождение частиц (кварки и лептоны), потом – частицы соединяются в атомы (водород и гелий), все это время идет охлаждение и стремительный разлет вещества, затем – флуктуации в газовых облаках, уплотнения, конденсация гравитационная, образование (видимо) ядер галактик, остальное вещество – звезды. Подтвердить гипотезу должно было обнаружение разлета галактик, и оно было обнаружено Хабблом в 30-х годах.

Чем занимался Хаббл – он пытался определить расстояния до космических объектов, чтобы решить спор – существуют ли галактики, или то что мы наблюдаем (типа Туманности Андромеды)– это объекты в нашей галактике.

Как измеряют расстояния.

· Параллакс (для близких звезд) – максимальное расстояние, которое можно измерить таким образом – 1000 парсеков (1 парсек примерно равен 3080 миллиардов км).

· Радиолокация

· Фотометрический способ (установлена связь между мощностью излучения звезды –светимостью – и температурой поверхности, на этом основании строится диаграмма, на которой откладываются характеристики звезд с известным параллаксом, а для других – находят расстояния)

· Цефеиды – переменные звезды, для которых известно соотношение период-светимость

· Красное смещение

Хронология эволюции Вселенной

· 20 млрд лет назад – Большой Взрыв

· 3 минуты спустя - образование вещественной основы Вселенной

· через несколько сотен тысяч лет- появление атомов (легких элеменетов)

· 19-17 млрд лет назад - образование разномасштабных структур (галактик)

· 15 млрд лет назад - появление звезд первого поколения, образование

атомов тяжелых элементов

· 5 млрд лет назад - рождение Солнца

· 4.6 млрд лет назад – образование Земли

· 3.8 млрд лет назад – зарождение жизни

· 450 млн лет назад – появление растений

· 150 млн лет назад – появление млекопитающих

· 2 млн лет назад – начало антропогенеза

Стивен Вайнберг «Чем понятнее нам кажется Вселенная, тем очевидней бесцельность её существования…» «Вселенная – это вызов всем нам» - это Ф. Хойл.

Солнечная система

Основные закономерности, присущие Солнечной системе в целом:

· Орбиты планет лежат почти все в одной плоскости, и эта плоскость почти совпадает плоскостью экватора Солнца

· Планеты вращаются вокруг Солнца в том же направлении, в котором Солнце вращается вокруг своей оси. (исключения – Уран вращается «лежа на боку», некоторые спутники вращаются в другую сторону – Тритон вокруг Нептуна, Феба вокруг Сатурна)

· Расстояния от Солнца до планет подчиняется определенному закону.

· Солнечная система устойчива

· Практически все вещество содержится в Солнце (99,9%)

· Планеты делятся на две группы (железо-каменные и водородо-гелиевые)

Основные положения современной концепции происхождения планет и Солнца

· Произошли из одного холодного газо-пылевого облака. Сначала 90% вещества собралось в центре и образовалось Солнце. Из остатков - планеты

· Холодное слипание проходило через стадию мелких тел (планетезималей) (рой астероидов между Юпитером и Марсом – не останки бывшей планеты, а строительный материал неродившейся планеты –т.к. масса мала – около 1/ 1000 массы Земли).

· Различие между планетами двух групп объясняется действием Солнца (если бы не было этого фактора, Земля была бы похожа на Сатурн – внутри железо –каменное ядро, снаружи –гигантская водородо - гелиевая оболочка