Основные сведения о Вселенной: теория Большого взрыва, расширение, реликтовое излучение, методы исследования Вселенной. Видимая и невидимая материя во Вселенной.

Вселенная – это огромное пространство, которое заполнено звёздами, планетами, галактиками, чёрными дырами. Главными составляющими Вселенной являются звезды, скопления межзвездного газа и пустое пространство между скоплениями звезд и межзвездного газа.

Термин «Большой взрыв» (Георгий Антонович Гамов в 1948 г.) употребляется в двух взаимосвязанных значениях. С одной стороны, этим термином называют само событие, ознаменовавшее зарождение Вселенной около 15 млрд. лет назад, с другой – весь сценарий ее развития с последующим расширением и остыванием.

Расширение Вселенной — явление, состоящее в почти однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной, выводимое через наблюдаемое с Земли космологическое красное смещение. Реликтовое излучение — космическое электромагнитное излучение с высокой степенью изотропности и со спектром, характерным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,72548 ± 0,00057 К.

Важнейшими из современных методов изучения Вселенной являются:

1. Изучение метеоритов. Метеориты представляют собой осколки разрушившихся планет. Поэтому по составу метеоритов можно судить о веществе космических тел. В метеоритах химических элементов, которые отсутствуют на Земле, не обнаружено. Изучая метеориты, можно сделать некоторые выводы о составе и строении внутренних частей Земли, так как по происхождению Земля и планеты солнечной системы едины.

2. Изучение космического пространства при помощи телескопов.

Современные телескопы позволяют изучать пространство, удаленное от Земли на расстояние до полутора миллиардов световых лет. С помощью телескопов можно фотографировать космические тела и определенные участки неба. В комбинации с различными специальными приборами телескопами определяют яркость блеска, температуру, рельеф поверхности и другие особенности космических тел. При помощи телескопов можно изучать спектры светил, а по характеру спектра делать выводы о химическом составе вещества небесных тел и типах реакций, протекающих на них.

3. Изучение космического пространства при помощи ракет, искусственных спутников и космических кораблей. Начало этому методу изучения космического пространства было положено в нашей стране 4 октября 1957 г. в связи с запуском первого в мире искусственного спутника Земли. Последние достижения нашей науки и техники позволили снаряжать пилотируемые космические корабли, рассчитанные на несколько космонавтов. Искусственные спутники и космические ракеты оборудуются специальными приборами, фиксирующими и передающими научную информацию на Землю. Пилотируемые космические корабли, на борту которых находятся ученые различных специальностей, позволяют значительно расширить программу изучения космического пространства.

Из молекулярных облаков рождаются звезды. Механизмом запуска могут быть взрывы сверхновых, столкновение облаков между собой, давление со стороны окружающих галактик. Вся "видимая" материя в природе состоит из атомов и частично "разобранных" атомов, которые называются ионами. Ионы — это атомы, которые, потеряв (или приобретя) несколько электронов, стали заряженными частицами. Материя, состоящая почти из одних ионов, называется плазмой Невидимый мир. Во Вселенной имеется не только видимая материя (а также черные дыры и "темная материя", например, холодные планеты, которые станут видимыми, если их осветить). Существует и подлинно невидимая материя, пронизывающая всех нас и всю Вселенную ежесекундно. Она представляет собой быстро движущийся газ из частиц одного сорта — электронных нейтрино.

Гигантские скопления звезд – галактики: размеры, морфология. Млечный путь. Звезды: классификация их по светимости, связь светимости и массы звезды. Нейтронные звезды и черные дыры. Эволюция звезд во времени.

Галактика — гравитационно-связанная система из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. Спираль класса Sa имеет хорошо сформированные, плотно закрученные рукава, отходящие от четкого ядра; у спирали класса Sb, к которому относится наша Галактика, рукава более растянуты, а ядро менее плотное. Спирали класса Sc имеют выраженные ядра и далеко отстоящие друг от друга рукава. У спирально-линейных галактик рукава отходят от конусов «поперечины», проходящей через ядро. Они подразделяются на SBa, SBb, SBc. Эллиптические галактики не проявляют признаков спирального строения. Они варьируют от класса Е7 (сильно уплощенные) до ЕО (почти сферические и очень похожие па шаровые скопления). И, наконец, существуют асимметричные галактики, не имеющие определенной формы. Также существуют галактики с активными ядрами и значительным радиоизлучением – квазары. Звездная составляющая в них не обнаружена, по крайней мере она незаметна на фоне огромной светимости плотного ядра.

Млечный путь. Если взглянуть на нашу Галактику как бы сверху, то будет видна гигантская линза клочковатой структуры. В центре этой структуры плотность больше, поскольку там находится больше звезд. К краям плотность материи уменьшается, появляются разрывы, имеющие вид спиральных ветвей. Отсюда можно сделать вывод, что наша Галактика относится к классу спиральных. Размеры ее огромны: диаметр порядка 100 тыс. световых лет, а «толщина» — около 10 тыс. световых лет.

Классификация звезд по светимости:

Чем больше масса, тем выше светимость звезды. Эта зависимость нелинейна: например, с увеличением массы вдвое светимость возрастает более чем в 10 раз. Чем больше масса звезды, тем быстрее она заканчивает свою жизнь. Массивные звезды горят ярко и недолго. Время их жизни - миллионы лет, по сравнению с миллиардами лет для маленьких звезд. В зависимости от своей массы, звезды умирая превращаются в черные карлики, нейтронные звезды и черные дыры.

Нейтронная звезда – сверхплотная звезда, образующаяся в результате взрыва Сверхновой. Вещество нейтронной звезды состоит в основном из нейтронов. Нейтронные звезды образуются в результате гравитационного коллапса нормальных звезд с массами в несколько раз больше солнечной. Плотность нейтронной звезды близка к плотности атомного ядра, т.е. в 100 млн. раз выше плотности обычного вещества. Поэтому при своей огромной массе нейтронная звезда имеет радиус всего около 10 км.

Черная дыра – область пространства, в которой гравитационное притяжение настолько сильно, что ни вещество, ни излучение не могут эту область покинуть. Для находящихся там тел вторая космическая скорость (скорость убегания) должна была бы превышать скорость света, что невозможно, поскольку ни вещество, ни излучение не могут двигаться быстрее света. Поэтому из черной дыры ничто не может вылететь. Границу области, за которую не выходит свет, называют «горизонтом событий», или просто «горизонтом» черной дыры.

Звездная эволюция - изменение со временем физических характеристик и химического состава звезд. Основные этапы звездной эволюции:

1. образование протозвезды в результате гравитационной конденсации межзвездного газа и пыли;

2. возникновение в центре сжимающейся звезды источника термоядерных реакций;

3. превращение звезды в гиганта, а затем в белого карлика (для звезд с массами, близкими к массе Солнца);

4. гравитационный коллапс массивных звезд, приводящий к образованию нейтронной звезды или черной дыры.