Строение Галактики. Виды Галактик

Окружающие Солнце звезды и само Солнце составляют малую часть гигантского скопления звезд и туманностей, которую называют Галактикой. Галактика имеет довольно сложную структуру. Существенная часть звезд в Галактике находится в гигантском диске диаметром примерно 100 тыс. и толщиной около 1500 световых лет. В этом диске насчитывается более сотни миллиардов звезд самых различных видов. Наше Солнце – одна из таких звезд, находящихся на периферии Галактики вблизи ее экваториальной плоскости.

Звезды и туманности в пределах Галактики движутся довольно сложным образом: они участвуют во вращении Галактики вокруг оси, перпендикулярной ее экваториальной плоскости. Различные участки Галактики имеют различные периоды вращения.

Звезды удалены друг от друга на огромные расстояния и практически изолированы друг от друга. Они практически не сталкиваются, хотя движение каждой из них определяется полем силы тяготения, создаваемым всеми звездами Галактики.

Астрономы последние несколько десятилетий изучают другие звездные системы, схожие с нашей. Это очень важные исследования в астрономии. За это время внегалактическая астрономия добилась поразительных успехов.

Число звезд в Галактике порядка триллиона. Самые многочисленные из них – карлики с массами, примерно в 10 раз меньшими массы Солнца. В состав Галактики входят двойные и кратные звезды, а также группы звезд, связанных силами тяготения и движущиеся в пространстве как единое целое, - звездные скопления. Существуют рассеянные звездные скопления, например Плеяды в созвездии Тельца. Такие скопления не имеют правильной формы; в настоящее время их известно более тысячи.

Наблюдаются шаровые звездные скопления. Если в рассеянных скоплениях содержатся сотни или тысячи звезд, то в шаровых их сотни тысяч. Силы тяготения удерживают звезды в таких скоплениях миллиарды лет.

В различных созвездиях обнаруживаются туманные пятна, которые состоят в основном из газа и пыли, - это туманности. Они бывают неправильной, клочковатой формы – диффузные, и правильной формы, напоминающие по виду планеты, - планетарные.

Существуют еще светлые диффузные туманности, например Крабовидная туманность, названная за необычную сетку из ажурных газовых волокон. Это источник не только оптического излучения, но и радиоизлучения, рентгеновских и гамма-квантов. В центре Крабовидной туманности находится источник импульсного электромагнитного излучения – пульсар, у которого впервые были обнаружены наряду с пульсациями радиоизлучения оптические пульсации блеска и пульсации рентгеновского излучения. Пульсар, обладающий мощным переменным магнитным полем, ускоряет электроны и вызывает свечение туманности в различных участках спектра электромагнитных волн.

Пространство в Галактике заполнено везде – разреженным межзвездным газом и межзвездной пылью. В межзвездном пространстве существуют и различные поля – гравитационное и магнитное. Пронизывают межзвездное пространство космические лучи, представляющие собой потоки электрически заряженных частиц, которые при движении в магнитных полях разогнались до скоростей, близких к скорости света, и приобрели огромную энергию.

Галактику можно представить в виде диска с ядром в центре и огромными спиральными ветвями, содержащими в основном наиболее горячие и яркие звезды и массивные газовые облака. Диск со спиральными ветвями образует основу плоской подсистемы Галактики. А объекты, концентрирующиеся к ядру Галактики и лишь частично проникающие в диск, относятся к сферической подсистеме. Сама Галактика вращается вокруг своей центральной области. В центре Галактики сосредоточена лишь небольшая часть звезд. Солнце находится на таком расстоянии от центра Галактики, где линейная скорость звезд максимальна. Солнце и ближайшие к нему звезды движутся вокруг центра Галактики со скоростью 250 км/с, совершая полный оборот примерно за 290 млн. лет.

По внешнему виду галактики условно разделяются на три типа: эллиптические, спиральные и неправильные.

Пространственная форма эллиптических галактик – эллипсоиды с разной степенью сжатия. Среди них встречаются гигантские и карликовые. Почти четверть всех изученных галактик относится к эллиптическим. Это наиболее простые по структуре галактики – распределение звезд в них равномерно убывает от центра, пыли и газа почти нет. В них самые яркие звезды – красные гиганты.

Спиральные галактики – самый многочисленный вид. К нему относится наша Галактика и Туманность Андромеды, удаленная от нас примерно на 2,5 млн. световых лет.

Неправильные галактики не имеют центральных ядер, в их строении пока не обнаружены закономерности. Это Большое и Малое Магеллановы облака, являющиеся спутниками нашей Галактики. Они находятся от нас на расстоянии в полтора раза большем диаметра Галактики. Магеллановы облака значительно меньше нашей Галактики по массе и размерам.

Существуют и взаимодействующие галактики. Они обычно находятся на небольших расстояниях друг от друга, связаны «мостами» из светящейся материи, иногда как бы пронизывают одна другую.

Некоторые галактики обладают исключительно мощным радиоизлучением, превосходящим видимое излучение. Это радиогалактики.

В 1963 г. начались открытия звездоподобных источников радиоизлучения – квазаров. Сейчас их открыто более тысячи.

Земля – планета Солнечной системы.

Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни кометы бесчисленное множество метеоритных тел, движущихся как роями, так и виде отдельных частиц. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела – Солнца.

Солнечная система – это очень сложное природное образование, сочетающее разнообразие составляющих ее элементов с высочайшей устойчивостью системы как целого.

По образному высказыванию К. Э. Циолковского, Земля – это колыбель человечества.

В определенном плане Земля выделена самой природой: в Солнечной системе только на этой планете существуют развитые формы жизни, только на ней локальное упорядочение вещества достигло необычайно высокой ступени, продолжая общую линию развития материи. Именно на Земле пройден сложнейший этап самоорганизации, знаменующий глубокий качественный скачок к высшим формам упорядоченности.

Отличие планет земной группы от планет-гигантов очевидны. Но и среди ближайших соседей Земли нет двух одинаковых планет: все они различаются размерами, физико-химическими параметрами, строением недр и поверхностей, атмосферами и другими характеристиками. Основными различия определены начальными условиями формирования планет – химическим составом, плотностью вещества в тех частях протопланетного облака, где эти планеты формировались, расстоянием от Солнца, резонансными взаимодействиями с другими планетными телами и Солнцем.

Прямые исследования других ближних планет только начаты. Тем не менее, имеющиеся сведения уже позволяют проводить сравнительное изучение внешних оболочек Земли и других планет Солнечной системы. На этой основе возникло новое научное направление, названное сравнительной планетологией.

Земля – самая большая планета в своей группе. Но даже такие размеры и масса оказываются минимальными, при которых планета способна удерживать свою газовую атмосферу. Земля интенсивно теряет водород и некоторые другие легкие газы, что подтверждают наблюдения за так называемым шлейфом Земли. Венера почти равна по размерам и массе Земли, но она ближе к Солнцу и получает от него больше тепла. Поэтому она давно потеряла весь свободный водород. У остальных двух планет этой группы атмосфера либо отсутствует (Меркурий), либо сохранилась в очень разряженном состоянии (Марс).

Наиболее близкие к Солнцу планеты – Меркурий и Венера – очень медленно вращаются вокруг оси, с периодом в десятки-сотни земных суток. Медленное вращение этих планет, связано с их резонансными взаимодействиями с Солнцем и друг с другом. Земля и Марс вращаются почти с одинаковыми периодами около 24 ч. Земля и Венера также образуют резонансную структуру. В этой группе планет только Венера имеет обратное вращение (противоположное направлению вращения Солнца вокруг своей оси), она как бы опрокинута «вверх ногами» на своей орбите. Наконец, только Земля в своей группе имеет сильное собственное магнитное поле, более чем на два порядка величины превосходящее значения магнитных полей у других планет.

Ни одна из планет земной группы не имеет развитой системы спутников, что характерно для планет группы Юпитера. Планетоподобный спутник Земли – Луна – близок по размерам к планете Меркурий. Два спутника Марса – Фобос и Деймос – имеют неправильную форму, напоминая небольшие астероиды. До сих пор, как о происхождении Луны, так и о происхождении спутников Марса нет ясного представления.

Три из четырех планет земной группы обладают заметной атмосферой. Атмосфера каждой планеты несет отпечаток особенностей ее развития. Атмосфера Земли кардинально отличается от атмосфер других планет: в ней низкое содержание углекислого газа, высоко содержание молекулярного кислорода и относительно велико содержание паров воды. Две причины создают выделенность атмосферы Земли: вода океанов и морей хорошо поглощает углекислый газ, а биосфера насыщает атмосферу молекулярным кислородом, образующимся в процессе растительного фотосинтеза. Расчеты показывают, что если освободить всю поглощенную и связанную в океанах углекислоту, убрав одновременно из атмосферы весь накопленный в результате жизнедеятельности растений кислород, то состав земной атмосферы в своих основных чертах стал бы подобен составу атмосфер Венеры и Марса.

Относительно малые размеры Марса не позволили ему удержать плотную атмосферу. Возможно, что раньше, когда шли процессы активного выделения газов из недр планеты, атмосфера Марса была намного плотнее, чем теперь. Условия у его поверхности были более мягкие, без столь резких перепадов дневных и ночных температур. В марсианской атмосфере очень мало паров воды, соответственно отсутствует облачность. Но движения разреженной атмосферы временами достигают такой силы, что в общепланетном масштабе возникают мощные пылевые бури, поднимающие массы песка на высоту многих километров. Тогда поверхность планеты надолго скрывается за непроницаемой завесой.

В атмосфере Земли насыщенные водяные пары создают облачный слой, охватывающий значительную часть планеты. Облака Земли входят важнейшим элементом в системе гидросфера-атмосфера-суша.

Рельефы поверхности Земли и двух ближайших к ней планет существенно различны, что объясняется, прежде всего, различиями вулканических и геологических процессов на каждой из них. Считают, что тектоническая активность может служить мерилом уровня жизнеспособности планеты в целом. Сокращение, а тем более прекращение такой деятельности рассматривается как признак умирания планеты, завершения цикла ее эволюционного развития. Ведь суть такого развития – активный обмен веществом и энергией между недрами и поверхностью планеты, в ходе которого формируются и поддерживаются атмосфера, гидросфера и господствующие типы рельефа поверхности. С прекращением тектонической деятельности планета превращается в мертвое небесное тело, на котором преобладают процессы деградации.

На Земле тектонические процессы активно протекают и в наши дни, ее геологическая история далека от завершения. Палеонтологи утверждают, что в эпоху ранней молодости Земли ее тектоническая активность была еще выше. Современный рельеф планеты сложился и продолжает видоизменяться под влиянием совместного действия на ее поверхности тектонических, гидросферных, атмосферных и биологических процессов. На других планетах такое сочетание факторов отсутствует.

Рельеф земной поверхности в целом характеризуется глобальной асимметрией двух полушарий (северного и южного): одно из них представляет собой гигантское пространство, заполненное водой. Это океаны, занимающие более 70 % всей поверхности. В другом полушарии сосредоточены поднятия коры, образующие континенты. Океаническая и континентальная разновидности коры различаются и по возрасту, и по химико-геологическому составу. Рельеф океанического дна отличен от континентального рельефа.

Систематические исследования морского и океанического дна стали возможны лишь в самое последнее время. Они уже привели к новому пониманию глобального характера тектонических процессов, происходящих на Земле. Средняя глубина мирового океана близка к 4 км, отдельные впадины достигают в три раза большей глубины, а отдельные конусы значительно возвышаются над поверхностью воды. Главная достопримечательность океанического рельефа – глобальная система срединных хребтов, тянущаяся на десятки тысяч километров. Вдоль их центральных частей протянулись разломы, так называемые рифтовые зоны, через которые из мантии на поверхность выходят свежие массы вещества. Они раздвигают океаническую кору, формируя ее в процессе непрерывного обновления. Возраст океанической коры не превышает 150 млн. лет. Другая характерная особенность процесса – существование зон субдукции, где океаническая кора погружается под одну из островных дуг (например, под Курильскую, Марианскую и др.) или под край континента. Зоны субдукции характеризуются повышенной сейсмической и вулканической деятельностью.

Рельеф континентальной части планеты более разнообразный: равнины, возвышенности, плато, горные хребты и огромные горные системы. Отдельные участки суши лежат ниже уровня океана (например, район Мертвого моря), отдельные горные вершины подняты над его уровнем на 8-9 км. Согласно современным воззрениям, континентальная кора вместе с подстилающими слоями мантии образует систему литосферных континентальных плит. В отличие от литосферы океанов континентальные плиты имеют очень древнее происхождение, их возраст оценивается в 2,5-3,8 млрд. лет. Толщина центральной части некоторых континентальных плит достигает 250 км.

На границах литосферных плит, называемых геосинклиналиями, происходит либо сжатие, либо растяжение коры, что зависит от направления местного горизонтального смещения плит.

Предварительные итоги сравнительного сопоставления Земли, Венеры и Марса можно сформулировать так:

· ни на Венере, ни на Марсе нет даже простейших форм жизни. Остается открытым вопрос о возможном существовании каких-то форм жизни на Марсе в отдаленном прошлом.

· только на Земле существует мощная гидросфера, сформировавшаяся одновременно с планетой. На Марсе в прошлом предположительно существовала разновидность гидросферы, на Венере ее скорее всего никогда не было.

· в современную эпоху только Земля остается «живой» планетой, геологическое развитие которой продолжается и проявляет себя, в частности, в активной тектонической деятельности. Марс и Венера в прошлом прошли через период бурной сейсмической и вулканической активности, но на Марсе она прекратилась несколько сот миллионов лет, а на Венере – более миллиарда лет назад. Обе эти планеты, скорее всего, завершают или уже завершили цикл своего эволюционного развития.

· Многочисленные признаки говорят о том, что процессы в недрах земли протекали и продолжают протекать иначе, чем у Венеры и Марса. На это указывают такие факторы, как существование континентальной коры с гранитными породами, явно выраженные литосферные плиты с их перемещениями под действием глубинных процессов, существование у Земли относительно мощного магнитного поля.

Успехи науки и техники сделали доступным прямое изучение планет Солнечной системы, открыв принципиально новые возможности для сравнительного познания нашей собственной планеты. Тем самым открыта новая страница в постижении окружающего нас мира, но на ней пока записаны лишь первые строки. Все еще остается нерешенным вопрос: что выделило Землю среди семейства планет одного с ней типа так, что она смогла стать обителью жизни? Поиск ответа на этот вопрос может проходить только на путях движения от частного к общему, от планеты Земля с существующей на ней жизнью к осознанию космической природы жизни – этого важнейшего звена самоорганизации вещества в процессе развития материи.