Тема 6. Современные космологические и космогонические концепции

Мегамир (от. греч megas – большой) это материальные образования космических масштабов, скоростей и расстояний измеряемых световыми годами, время существования которого измеряется миллиардами лет. Современная космология рассматривает мегамир как развивающуюся супер систему небесных тел основными элементами, которой являются планеты и планетные системы, формирующиеся вокруг звезд; звездные системы, которые объединяются в галактики и системы галактик – метагалакики, которые совпадают с наблюдаемой частью Вселенной. Вся совокупность наблюдаемых и потенциально существующих материальных образований понимается как Вселенная в целом или Большая Вселенная. Материальные образования во Вселенной существуют как в сконденсированной форме – тела различных масштабов, так и в диффузной форме разобщенных атомов или молекул, гигантских облаков газа и газо-пылевых туманностей. Кроме того, космическое пространство заполнено различного рода излучениями. По современным данным возраст Вселенной 20 млрд. лет, а размеры ее от 10²⁶ см – радиус космологического горизонта или наблюдаемой части Вселенной до 10^-18м. максимальных расстояний доступных современным измерениям. Отношение самого большого к самому малому составляет 44 порядка и это отношение наукой постоянно расширяется. Масса видимой Вселенной –10⁵²т.

Вещество, из которого состоит Вселенная на современном этапе развития, в основном сконцентрировано в звездах. Так, например, в нашей Галактике в звездах сосредоточено его более 97%. Есть Галактики, где эта величина достигает 99,9%. Звезды представляют собой гигантские шарообразные плазменные образования различной величины, массы, температуры, плотности, состава и многих других характеристик. В центральной части звезды температура достигает 10 миллионов градусов. При высокой плотности и огромном давлении атомы переходят в ионизированное состояние, когда электроны отделены от своих ядер. Ядра вступают во взаимодействие, благодаря чему водород, в основном составляющий массу звезды, превращается в гелий .

Эта реакция идет с выделением колоссального количества энергии в форме излучения, которое уносит эту энергию в космическое пространство. С помощью гравитации звезды образовывают системы, когда несколько звезд начинают вращаться вокруг общего центра тяготения. Как правило такие системы сопровождаются облаком диффузной материи, которая привлекается из межзвездного пространства и пополняется за счет газовых выбросов самих звезд. Звездные скопления включают в себя большие группы звезд: от нескольких сотен до сотен тысяч. В первом случае, они, как правило, имеют «рассеянную» структуру, во втором – шарообразную.

Системы звезд, в количестве составляющих входят в более сложные образования – Галактики. Кроме звезд и сопровождающих их планет, галактики включают в различных формах несвязанную, диффузную материю. Известны различные формы галактик: дискообразные или эллиптические, спиралеобразные, шаровидные, как одинарные так и двойные; крабовидные, неправильной формы и т.д. Галактики испытывают вращательные движения с различной скоростью и, следовательно, с различной длиной галактического года. Современной космологии известно более 10 млрд. галактик. Наша галактика, которой принадлежит Солнечная система, имеет спиралевидную форму. В нее входит более 120 млрд. звезд подобных Солнцу, но больших или меньших размеров. Находится Солнечная система в 2/3 от центра галактики. Центр ее утолщен, а периферия плоская, поэтому галактика имеет форму диска с диаметром в центральной части более 100 тыс. световых лет. В структуре галактики наблюдается около 100 тыс. шаровых и более 20 тыс. рассеянных звездных скоплений. Звездные скопления распределены как по периферии диска, так и в центральной шарообразной его части. Наблюдения показали, что наша Галактика имеет 4 мощных и явно сформировавшиеся спиральные ветви. Ближайшим «соседом» Солнечной системы является Туманность Андромеды, расстояние до которой более 2,5 млн. световых лет. При диаметре нашей Галактики 10²¹ см.

Под действием сил гравитации, Галактики также образуют «скопления», которые могут содержать по несколько тысяч галактических систем. Распределение галактик в космическом пространстве упорядоченно и имеет форму некой «сети» галактик. Вся система взаимосоотнесенных галактик называется Метагалактикой. Все наблюдаемые и вновь открытые галактики постоянно вводятся в метагалактику. Это называется космологическим горизонтом или видимой Вселенной.

Данные современной космологии свидетельствуют о постоянном изменении и развитии космических объектов. Так, например, установлено, что существует взаимопревращение звезд и межзвездной диффузной материи. Звезды образуются из конденсирующейся диффузной материи, причем главную роль здесь играют силы гравитации, которые при космических масштабах приобретают решающее значение. В облаках диффузной материи возникают неоднородности с неравномерным распределением материи; возникают сгущения, вокруг которых концентрируется материя и из этих сгущений впоследствии возникают звезды. Они начинают вращаться вокруг общего центра тяготения, образовывая, таким образом, ассоциацию. Первоначально звезда существует как гигантский газовый шар со слабым излучением, но по мере уплотнения и сжатия температура растет и может достигать более 10 млн. градусов. При огромном давлении и температурах в недрах звезд возникают атомы различных химических элементов, состав которых нам известен по периодической системе Менделеева. Таким образом, звезды – это гигантские «фабрики» вещества во Вселенной. Выработав свою энергию, звезды остывают и гаснут, превращаясь в сверхплотные образования с огромной силой притяжения, звезда коллапсирует и превращается в «черную дыру», которая поглощает все виды материи, даже излучения. Вопрос о том, что происходит с черными дырами в дальнейшем – остается пока без ответа.

Не менее интересным является вопрос о возникновении и развитии планет – космических объектов значительно меньших, чем звезды, имеющих низкую температуру, вращающихся вокруг звезд и имеющих статус сателлита. Происхождение планет исследовано менее глубоко, чем происхождение звезд, так как они трудно наблюдаемые объекты Вселенной, в силу их чрезвычайно слабого «свечения». Что касается Солнечной системы, то на этот счет есть гипотеза И. Канта, П. Лапласса, Дж. Джинса, Ф. Хойла и др.. Суть их такова: Солнце и его планеты возникли из единого облака диффузной материи. Под действием гравитации и центрабежных сил, которые действуют как следствие вращения облака диффузной материи, произошло распределение масс и структурирование ее. В результате оформились орбиты, по которым вращаются планеты. Возникла Солнечная система: все планеты вращаются вокруг Солнца, в одном направлении и в одной плоскости, само Солнце, его планеты и их спутники вращаются вокруг своих осей в одном и том же направлении, совпадающем с направлением движения их по траекториям. Удаление планет от Солнца закономерно: каждая удалена примерно в 2 раза дальше и т.д. Предполагается, что такое закономерное «устройство» Солнечной системы вызвано едиными причинами. Гравитационные силы, образовав Солнце, не успели захватить материю, находящуюся на периферии газового облака и на большом расстоянии, т.к. начали действовать его магнитные силы совместно с центробежными, не допустившие «всасывание» периферийных остатков. Из них возникли планеты, а по подобной схеме, позже возникли спутники планет (например, Луна). Точной теории происхождения Солнечной системы пока не существует, этот вопрос остается открытым.