Вселенная full hd, hdtv, fhd, 1080p обои, вселенная картинки, вселенная фото 1920x1080. Вселенная картина


Невероятные фотографии нашей Вселенной, от которых захватывает дух

Во Вселенной присутствует огромное количество звезд, которые доступны для человеческого глаза. Они являются источником света и энергии для Солнечной системы. Звезды также производят тяжелые элементы, нужные для зарождения жизни на нашей планете.

«Мы все сделаны из звездного материала», — так обычно говорил известный астроном и астрофизик Карл Саган. Если задуматься над этой фразой глубоко, то она весьма умозрительна. Все предметы, которые окружают нас, состоят из элементов, которые когда-то были частицами звезд. Разве это не потрясающе?!

Нельзя не влюбиться в пространство, особенно когда перед взором предстают завораживающие фотографии. Все снимки, представленные в статье, изображают различные небесные тела, галактики и туманности. Они никак не связаны с нашей планетой. Попробуйте расслабиться и насладиться путешествием по бесконечному волшебному космосу.

Туманность Пузырь

Пузырь

Это туманность Пузырь. Она находится всего лишь на расстоянии 8000 световых лет. В принципе, это звездное скопление и наша планета — космические соседи.

Созвездие Скорпиона

Открытый кластер

Группа звезд, удерживаемых вместе посредством взаимной гравитации, называется открытым кластером. Это одно из тех космических скоплений, которое расположено в созвездии Скорпиона.

Туманность Омара

Вселенная

Эта красота, которую породила Вселенная, называется туманностью Омара. Она располагается на расстоянии 5500 световых лет.

Гравитационное притяжение

Гравитация

Две галактики, вращающиеся в бесконечном танце страсти и взаимного разрушения, созданы гравитационным притяжением нижней.

Юпитер

Юпитер

Юпитер - крупнейшая планета в нашей Солнечной системе. Но вы, наверное, о ней слышали уже не раз. Знаете ли вы, что диаметр большого красного пятна на планете в 1,3 раза шире, чем Земля?

Кластер NGC 602

Открытый кластер

NGC 602 — это великолепно выглядящий открытый кластер, расположенный в Малом Магеллановом Облаке. Это одна из ближайших к Млечному Пути галактик

Туманность Карина

Фото

На фото это скопление звезд выглядит просто как настоящее чудовище! Туманность Карина, в основном состоящая из газа и пыли, похожа на слона.

Кластер Westerlund

Космическое скопление

Примерно два миллиона лет назад это космическое скопление было кучей звезд. Теперь оно называется кластером Westerlund.

Галактика Whirlpool

Просвечивающий биологический материал

Эта галактика очень напоминает просвечивающий биологический материал. На самом деле это огромная галактика Whirlpool, запечатленная в процессе слияния с меньшей галактикой.

Кластер Девы

Космос

Мы смотрим на некоторые галактики с очень большого расстояния. Кластер Девы расположен на расстоянии 55 миллионов световых лет. Вы можете себе представить такую протяженность? Скопление звезд выглядело точно так же даже в эпоху, когда на Земле обитали динозавры. Не правда ли, космос способен впечатлить!

Созвездие Лебедь

Лебедь

Здесь звезды формируются в причудливое созвездие Лебедя. Зрелище восхитительно!

Черные дыры

Черные дыры

Слияние этих двух сверхмассивных черных дыр воедино началось 30 миллионов лет назад. Интересно, как это у них получается сейчас.

Спиралевидные галактики

Спиралевидные галактики

Это слияние спиралевидных галактик спровоцировало три взрыва в космосе. Они произошли за последние 15 лет.

Кошачий глаз

Кошачий глаз

В число самых красивых и узнаваемых туманностей входит звездное скопление Кошачий глаз. Оно состоит из планет, которые расположены от нашей планеты на расстоянии 3000 световых лет. Через 5-6 миллиардов лет планета Солнце испытает точно такой этап эволюции.

Туманность Конская голова

Конская голова

Вы, вероятно, видели или слышали про звездное скопление Конская голова и раньше. Этот темный кластер расположен в созвездии Ориона.

Туманность Баттерфляй

Баттерфляй

Самая впечатляющая из всех туманностей — туманность Баттерфляй. Это планетарный кластер, входящий в созвездие Скорпиона. Скопление содержит одну из самых горячих звезд в Млечном Пути. Ее температура достигает 250 000 градусов по Цельсию.

Квинтет Стефана

Квинтет Стефана

Квинтет Стефана - группа, состоящая из пяти (отсюда и название) галактик, входящих в созвездие Пегаса.

Столпы творения

Столпы творения

Самой узнаваемой туманностью в этом списке являются Столпы Творения. Это самый активный регион звездообразования в Млечном Пути. Выглядит фантастично!

Галактика Сомбреро

Сомбреро

И, наконец, в космическом пространстве существует галактика Сомбреро, расположенная на расстоянии 50 000 световых лет.

fb.ru

Общая картина эволюции Вселенной — КиберПедия

Современная парадигма истории Вселеннойсформировалась в первой половине ХХ века, когда за начало отсчета времени её развития был принят момент Большого Взрыва, и была доказана последовательность последующих событий космического масштаба, а также геологических, биотических и социальных процессов на планете Земля. Можно выделить восемь переломных вех Универсальной истории Вселенной, которые в совокупности составляют общую картину событий прошлого от Большого Взрыва до настоящего времени (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Интегральная картина эволюции Вселенной от Большого взрыва до Социума

На каком-то этапе Вселенная эволюционизировала от состояний более вероятных, естественных с энтропийной точки зрения состояний к менее вероятным состояниям: образование биосферы, антропосферы, социальной организации, материальной и гуманитарной культуры, психики. Эволюция происходила в сторону возрастающей сложности, что расходится с парадигмой классического естествознания. Поэтому физики вынуждены различать «термодинамическую и космологическую стрелы времени». Существуют различные подходы и модели к объяснению подобной антиэнтропийной направленности Универсальной эволюции Вселенной. Основу модели составляют теории самоорганизации, эквивалентами которой являются синергетика, неравновесная термодинамика, теория диссипативных структур и теория динамического хаоса. Именно синергетика пытается навести мосты между живой и неживой природой, между хаосом и упорядоченными системами, между человеком и окружающей средой.

Признанная большинством физиков и астрономов теория Большого взрыва утверждает, что Вселенная родилась из особой точки, в которой температура и плотность достигали фантастических значений. Это был «зародыш мира», в котором энергия и материя были так плотно упакованы и сжаты, что находились в непрерывном взаимопревращении. Интересно, что Библия также полагает, что Вселенная началась из крохотной частицы величиной с горчичное зерно. Примерно 15 млрд лет назад это «нечто» потеряло устойчивость и взорвалось с огромной силой. Этот момент называют Большим Взрывом и принимают за начало отсчёта времени развития современной Вселенной.

Большой Взрыв точечного объема выбросил энергию-материю по всем направлениям. По мере расширения Вселенной происходило понижение давления и температуры. При более умеренных значениях давления и температуры энергия в соответствии с законом Эйнштейна Е = mc2 начала превращаться в мельчайшие материальные частицы: кварки и электроны. Одновременно с материей появилась антиматерия. Частицы и античастицы соединялись, порождая фотоны.

После взрыва в горячей и плотной Вселенной при температуре 100 млрд градусов в свободном состоянии существовали только кварки и электроны. Далее в расширяющейся Вселенной по мере падения температуры происходил нуклеосинтез – рождение вещества: кварки соединялись, образуя протоны и нейтроны. Когда Вселенная остыла до 10 млн градусов, кварки объединились в группы по трое, чтобы дать рождение протонам и нейтронам (барионам).

При дальнейшем понижении температуры наступила эпоха рекомбинацииводорода – самого распространённого элемента во Вселенной. Находившиеся в смеси фотоны, свободные электроны и другие частицы (свет и материя) находились в состоянии плазмы и непрерывных столкновений. В результате столкновений большая часть нейтронов связывалась с протонами, образуя дейтерий и тритий, порождая гамма-фотоны. Некоторые протоны и нейтроны стали вступать в реакции синтеза ядер гелия.

 

Рис. 2.2. Схема атома гелия

По мере расширения Вселенной плотность плазмы и энергия фотонов снижались.Возникшие ядра легких элементов стали присоединять электроны и превращаться в атомы (рис. 2.2). Электроны заняли свои места на стабильных орбитах в атомах водорода и гелия, а фотоны получили возможность двигаться свободно и стали видимыми. Вещество и излучение отделились друг от друга. Эти события произошли примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва: непрозрачная плазма остыла до температуры 3–4 тыс. градусов и превратилась в прозрачный газ; свет во Вселенной отделился от вещества, внутри которого он был замкнут. Этот древний свет (реликтовое излучение) путешествует во Вселенной около 15 млрд лет и показывает нам сегодня картину ранней Вселенной.

В современном представлении атомы представляют собой пустое пространство. Ядро атома водорода занимает 10―5 часть его радиуса. Остальное пространство заполнено облаками электронов. Образно говоря, ядра атомов – это островки твёрдого вещества в океане пустоты.

Сотворение мира привело к тому, что на видимую Вселенную приходится около 5% всей массы-энергии Вселенной. Эта знакомая нам вещественная часть Вселенной примерно на 99% состоит из водорода и гелия, то есть из протонов, нейтронов и электронов. Примерно 70% массы-энергии Вселенной сосредоточено в так называемой тёмной энергии, которая непосредственно не связана с массовыми частицами. Главный признак существования тёмной энергии – ускорение расширения Вселенной. Природа тёмной энергии – один из самых сложных вопросов современной физики. Оставшиеся 25% массы-энергии Вселенной составляет невидимое для нас тёмное вещество (тёмная материя), о существовании которого свидетельствует его гравитационное влияние на наблюдаемые нами объекты. Пока неизвестно, что представляет собой тёмное вещество.

В ранней водородно-гелиевой Вселенной, остывшей до 3–4 тыс. градусов, материя была распределена беспорядочно. Некоторые области Вселенной оказались плотнее других, и в эти области за счёт гравитации стало притягиваться больше вещества из окрестностей. Сжатие вещества набирало темп, атомы водорода чаще сталкивались друг с другом. Электроны нагревающегося газа всё более возбуждались и переходили на более высокие орбиты. В каждом из таких островков материи вещество разогревалось до состояния плазмы.

Гравитационное сжатие ядер водорода и нагревание продолжалось. В результате свободные протоны преодолевали отталкивающее действие собственных зарядов и стали соединяться, формируя ядра гелия. С этого момента спрессованное и горячее водородное облако становилось звездой.

Процесс синтеза водорода освобождает значительное количество энергии в виде гамма-фотонов и таким образом «зажигает» звёзды. В свою очередь гамма-фотоны обеспечивают давление в центре возникшей звезды, которое уравновешивает эффект гравитации. Так сформировались звёзды первого поколения, которые были лишены химических элементов более тяжёлых, чем гелий и литий.

В недрах звёзд идут реакции синтеза химических элементов, в результате чего поддерживается высокая температура звёздных недр. Например, реакция преобразования водорода в гелий на Солнце идёт при температуре 15 миллионов градусов. Силы гравитации сжимают звёздное вещество, а силы давления горячей плазмы и излучения противостоят этому сжатию, в результате звезда находится в состоянии гидростатического и термодинамического равновесия.

Очевидно, что жизнь не могла бы возникнуть на Земле, если бы в природе не существовали тяжёлые элементы, из которых состоит скелет животных и человека и без которых невозможен обмен веществ в организме. Ранняя Вселенная состояла в основном из водорода и гелия. Но постепенно в недрах звёзд, образовавшихся из газовых скоплений, в результате термоядерных процессов стали образовываться более тяжёлые элементы.

После того как в центральной области звезд весь водород превратится в гелийони начинают сжиматьсяпод действием гравитационных сил. Энергия гравитационного сжатия превращается в кинетическую энергию движения слоёв звезды к центру и её недра вновь разогреваются. Таким образом, в недрах звезды осуществляется непрерывный термоядерный синтез химических элементов.

 

Рис. 2.3. Спиральная структура галактики Млечный Путь.

Наша галактика «Млечный путь» представляет собой неоднородное скопление звёзд и туманностей, где Солнце представляет собой одну из 100 млрд звезд (рис. 2.3). Размеры галактик, как и размеры звёзд, мало отличаются друг от друга. Вещество в галактике распределено примерно одинаково между звёздами, межзвёздным газом и межзвёздной пылью.

Второй этап космического нуклеосинтеза начался на стадии звёздной эволюции мироздания. Звёзды первого поколения были массивными и горячими, внутри которых ядра гелия и водорода сливались в ядра более тяжёлых элементов. Поле взрыва этих звёзд ядра тяжёлых элементов рассеивались в космическом пространстве и служили материалом для формирования звёзд второго поколения, включая наше Солнце.

Средняя масса протонов и нейтронов (нуклонов), входящих в состав ядра гелия, на 0,7% меньше массы каждой из этих частиц в свободном состоянии. За счёт этого дефекта массы Δm при синтезе ядер водорода в ядро гелия выделяется (в соответствии с формулой Эйнштейна) энергия 4,3∙10–12 Дж. Подобная тенденция уменьшения массы внутриядерного нуклона сохраняется при синтезе более тяжёлых элементов вплоть до железа. Железо с атомным весом 56 имеет самые лёгкие нуклоны. Поэтому все предшественники железа по таблице Менделеева были образованы в термоядерных реакциях с высвобождением энергии.

Ядра более тяжёлых элементов несут больший заряд, поэтому их термоядерное горение требует более сильного нагрева. Гелий превращается в углерод и кислород при температуре до 200 млн градусов. Углерод трансформируется в неон, натрий и магний при 800 млн градусов, а кислород превращается в кремний и серу при двух миллиардах градусов. Цепь термоядерных реакций, которые связывают кремний с титаном, никелем и железом, осуществляется при четырёх миллиардах градусов.

Синтез ядер гелия и более тяжёлых элементов осуществляется с помощью бета-распада, при котором нейтрон становится протоном с выделением электрона и антинейтрино. В результате заряд ядра возрастает на единицу, и элемент превращается в соседа справа по таблице Менделеева. Такие ступенчатые реакции шаг за шагом наращивают атомный номер элемента вплоть до свинца и висмута.

С течением времени в недрах одной и той же звезды термоядерные источники изменяются, потому что эволюция звёзд сопровождается сменой ядерного горючего. Если, например, в звезде массой 2МО (МО – масса Солнца) выгорел весь водород и прекратилось выделение энергии, то гравитационные силы, не сдерживаемые противодавлением горячей плазмы, начинают сжимать ядро звезды и поднимать его температуру до значений 1010 градусов. При этой температуре могут идти практически любые термоядерные реакции. В этом котле «варятся» тяжёлые элементы. Звезды – это те тигли, в которых было выплавлено земное вещество. Кальций наших зубов, железо нашей крови, азот молекул ДНК сотворены из звёздного вещества.

В конце жизни звезд в их недрах образуется слоёная структура: на глубине появляются слои более тяжёлых элементов вплоть до железа. Ядро звезды состоит в основном из железа, а равновесие поддерживается квантовым отталкиванием электронов. В конце концов, гравитация преодолевает силу отталкивания электронов, вжимая их в атомные ядра. Из протонов образуются нейтроны, которые прижимаются друг к другу до тех пор, пока не остановят сжатие.

Если масса звездного ядра, затронутого термоядерными превращениями, менее 1,4 МО то термоядерный синтез на каком-то этапе прекращается из-за недостатка гравитационной энергии. Внешняя водородная оболочка отделяется от ядра звезды, а оставшееся горячее ядро закончившей эволюцию звезды называют белым карликом. Это объект радиусом около 104 км и средней плотностью около одной тонны в кубическом сантиметре. На массу множества белых карликов приходится 10% массы наблюдаемого в Галактике вещества.

Если масса ядра звезды превышает 1,4МО, но меньше 3МО, то в конце ядерной эволюции происходит гравитационный коллапс ядра. Внешняя водородная оболочка сбрасывается – наблюдается вспышка сверхновой. Температура поднимается до нескольких миллиардов градусов, ядра атомов разваливаются на протоны и нейтроны. Протоны поглощают электроны и превращаются в нейтроны. Коллапс ядра приводит к формированию нейтронной звезды. Радиус нейтронной звезды около 10 км, её средняя плотность составляет сотни миллионов тонн в кубическом сантиметре. При взрыве сверхновых формируются самые тяжёлые элементы, такие как золото, свинец, торий и уран.

Когда масса сжимающегося ядра звезды больше 3МО, то образующаяся нейтронная звезда, остывая коллапсирует в черную дыру. Ядра таких звёзд испытывают неограниченное сжатие. Средняя плотность черной дыры составляет 108 т/см3.

 

Солнечная система

Считается, что Земля как и другие планеты Солнечной системы образовалась из холодного газопылевого облака около 5 млрд лет назад. Основной гипотезой образования планет является теория газовой туманности, предложенная Лапласом. Он предположил, что система планет образуется из вращающегося газового облака, которое сжимается под воздействием гравитации. В ней образуются отдельные кольца, каждое из которых уплотняется и образует планету. Ближе к Солнцу температура была высокой, поэтому легкие газы вытеснялись на периферию, а на внутренних планетах накапливались более тяжелые элементы.

 

Силы гравитации захватывали и стягивали космическое вещество в тело сферической формы.Каждая планета – это своеобразная ловушка, которая захватывает попадающих в её сферу влияния «космических пришельцев». Состав вещества планет может отличаться по причине их разного возраста, но на каждой из них должен присутствовать минимальный набор элементов: водород, кислород, азот, углерод и кремний.

Тяжелые элементы опустились вниз и образовали ядро планеты. Легкие элементы поднимались, а выделявшиеся газы образовали атмосферу, состоявшую из паров воды, аммиака, метана и диоксида углерода. По мере остывания образовалась твердая базальтовая оболочка. На эти процессы ушло около 100 млн лет.

Планеты-гиганты (рис. 2.4) в отличие от внутренних членов системы не являются плотными и каменистыми. Планеты сияют лишь отраженным светом.

Рис. 2.4. Размеры планет по сравнению с Солнцем

Как Земля является обычной планетой, так Солнце является обычной звездой. Все звезды являются солнцами, причем многие из них намного больше и ярче нашего. Они кажутся меньше и тусклее из-за огромного расстояния до них. Например, Полярная звезда в 6000 раз ярче Солнца, однако не кажется самой яркой звездой на ночном небе, потому что расстояние до неё составляет 680 световых лет.

Звезды не фиксированы в Космосе, они движутся с разной скоростью, однако из-за их отдаленности рисунок созвездий не претерпевает видимых перемен в течение многих веков. Наше Солнце входит в звездную систему, которая называется Галактикой Млечный Путь с диаметром 100 тыс. световых лет.В Галактике имеются туманности – облака межзвездного газа и пыли. Наше Солнце зародилось в одной из таких туманностей.

Вокруг Солнца вращается девять планет, из которых Земля является третьей в порядке удаления от нашего светила. Меркурий и Венера расположены ближе к Солнцу, а Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон находятся дальше, чем Земля. В широком проёме между орбитами Марса и Юпитера летает рой астероидов. Период обращения планет вокруг Солнца изменяется от 88 суток для Меркурия до 248 лет для Плутона. Размеры планет тоже различны: диаметр Юпитера более 130 тыс. км, а диаметр Меркурия менее 4,9 тыс км. Венера, Юпитер и Марс сияют гораздо ярче любых звёзд.

К семье Солнечной системы принадлежат и кометы – хрупкие создания, материальной частью которых является ядро, состоящее из смеси льда и космической пыли. Кометы путешествуют вокруг Солнца по эксцентрическим орбитам. Когда комета приближается к Солнцу, лед начинает испаряться, в результате у кометы образуется длинный хвост.Единственная яркая комета, которая появляется регулярно – это комета Галлея, которая возвращается через каждые 76 лет.

Более крупные тела, не связанные с кометами и способные пройти через плотные слои атмосферы Земли без полного сгорания, называются метеоритами.Метеориты появляются из пояса астероидов. Метеориты при падении и ударе образуют кратеры.

Планета Земля завершит свое существование примерно через 7 млрд лет, когда Солнце, превращаясь в Красного гиганта, увеличится до орбиты Меркурия, затем Венеры и последовательно их поглотит. Далее звезда остановит свой рост, но планета Земля будет полностью выжжена.

События будут происходить в такой последовательности. Жар Солнца будет выжигать одну экосистему за другой. Экосистемы будут исчезать в порядке, обратном их возникновению. Сначала исчезнут сложные формы жизни, на смену которым придут простейшие. Нарастающий жар заставит всех обитателей суши искать спасения в океане. Последними на Земле останутся одноклеточные организмы, но и они будут выжжены увеличивающимся в размерах Солнцем. Через 7 млрд лет Земля будет расплавлена, а атомы наполненного жизнью мира будут развеяны по просторам Вселенной.

Планета Земля

Одно из самых захватывающих изображений ХХ века – это фото восхода Земли, снятого с лунной орбиты в 1968 г. Люди всегда знали, что наша планета уникальна. Тем не менее, они оказались не готовы к столь потрясающему контрасту между нашей бело-голубой планетой и холодным ландшафтом Луны и безжизненным мраком космической бездны. С той далекой точки Земля выглядит маленькой, одинокой и уязвимой.

Земле «повезло» в том, что она имеет орбиту, удаленную от Солнца на такое расстояние, которое позволяет воде существовать в жидкой фазе. За 4,5 млрд лет Земля превратилась из пышущего жаром мира в красивую голубую планету.

Реальная форма Земли более сложная, чем шар. Земля – это эллипсоид вращения, который сформировался от совместного действия сил гравитации и центробежных. Земля имеет радиус около 6400 км и состоит из ядра и охватывающих его двух концентрических оболочек: мантии и земнойкоры. Ядро с температурой до 6000оС и плотностью примерно 11 г/см3 испытывает давление 3,6∙105 МПа, имеет радиус около 3400 км и состоит из железа и никеля. Доля коры в общем объёме Земли равна 1,5%, мантии 82,3%, ядра 16,2%. Масса нашей планеты 6х1021 тонн, площадь поверхности 510 млн кв. км.

Согласно закону всемирного тяготения Земля притягивает все тела. Но помимо силы притяжения на каждое тело на поверхности Земли действует еще центробежная сила. Результирующая этих двух сил есть сила тяжести. От полюса к экватору сила тяжести уменьшается на 1/190 от g. Если бы Земля вращалась в 17 раз быстрее, то центробежная сила превысила бы силу тяготения и Земля разлетелась бы на обломки.

Вследствие вращения Земля у полюсов сплюснута и имеет форму, близкую к эллипсоиду вращения. Это геоид, близкий к эллипсоиду со сжатием 1/298 и большой полуосью 6378160 м. Величина расхождения большой и малой полуосей составляет 150 м.

О внутреннем строении Земли мы знаем меньше, чем о внутреннем строении звезд. На основании анализа распространения в Земле упругих волн сделаны следующие заключения. Земная кора, находящаяся в кристаллическом состоянии, имеет мощность до 60 км на континентах и до 15 км в океанах. Второй слой (верхняя и нижняя мантия) простирается до глубины 3000 км (рис. 2.5). Размер ядра составляет примерно 0,57 радиуса Земли. Земная кора и верхняя мантия образуют литосферу.

Рис. 2.5. Оболочечное строение планеты Земля

Элементный состав земной коры впервые установил американский ученый Ф.Кларк, в честь которого среднее содержание химических элементов в земной коре называют кларком. Земная кора почти наполовину состоит из кислорода. Кларк кислорода – 47%. На втором месте по распространенности находится кремний: 29,5%. Далее по мере убывания следуют: Al – 8,05%; Fe – 4,65%; Ca – 2,96%; Na и K – по 2,50%; Mg – 1,87%; Ti – 0,45%. В сумме это составляет более 99% массы земной коры.

Средний химический состав земной коры следующий: SiO2 – 53,5%; Al2 O3 – 15,9%; CaO – 9,4%; FeO – 7,6%; MgО – 5,4%; Na2O – 2,7%; CO2 – 1,0%; h3O – 0,78%. Распределение химических элементов в земной коре подчиняется следующим закономерностям: с усложнением строения атомного ядра элементов их кларки уменьшаются; в земной коре преобладают элементы с четными порядковыми номерами и атомными массами.

Состав литосферы формирует структуры жизни. Живое вещество отбирало те элементы, которых в природе много и на их основе строило организмы. Макроэлементы являются строительным материаломорганизмов, а микроэлементы служат катализаторами и входят в состав ферментов.

Земная кора – это менее плотное вещество, которое недра Земли вытолкнули из себя. Граница между корой и мантией подвижна: повышение температуры мантии смещает границу вверх, а понижение температуры – вниз. Резкое повышение температуры мантии приводит к расплавлению нижней части коры, к обезвоживанию и уплотнению пород.

С позиций геофизика земная кора – это относительно рыхлый чехол, лежащий на более плотной мантии. С позиций гидролога – это область, в которой вода может находиться в жидкой фазе. С позиций геохимика – это наружная оболочка планеты, имеющая по сравнению с мантией избыток кремнезёма, щёлочи, воды и недостаток магния и железа.

Нижним ярусом континентальной земной коры является толстый базальтовый слой, на котором покоится гранитный слой, покрытый мощным чехлом осадочных пород (рис. 2.6). Океанское ложе состоит из базальтовой подстилки и тонкого слоя осадочных пород. Плотность горных пород укладывается в диапазоне от 2 до 3,2 г/см3.

Рис. 2.6. Схема океанической и континентальной земной коры

Залегающая под земной корой мантия имеет переменную температуру от 700 до 3000оС, плотность от 3,6 до 5 г/см3 и состоит из частично или полностью расплавленных горных пород – магмы, способной течь как густая вязкая жидкость. Мантия состоит преимущественно из силикатов, испытывающих фазовые переходы при изменении температуры и давления. Она постоянно подогревается со стороны горячего ядра, вследствие чего в ней непрерывно образуются мощные конвективные потоки. Кроме того, на перемешивание расплавленного вещества мантии существенное влияние оказывает приливное воздействие Луны.

Границей раздела земной коры и мантии принято считать «поверхность М» или «границу Мохо», залегающую на глубинах 30…70 км на континентах и 5…10 км под дном океана. Эта поверхность определяется глубиной, на которой происходит резкое увеличение скорости сейсмических волн в среднем от 7 до 8 км/с.

Особое значение границы М заключается в том, что на её уровне примерно соблюдается архимедово равновесие земной коры, плавающей в горячей пластично-вязкой мантии. Это явление называется изостазией. Если на поверхности земной коры образовались горы, то подошва коры должна погрузиться в мантию, чтобы компенсировать возросшую нагрузку. Любые значимые нагрузки на земную кору (мощные лавовые покровы, искусственные водохранилища, глубокие карьеры, поля отвалов горных пород, откачка нефти и подземных вод) способны вывести какой-то участок земной коры из состояния изостатического равновесия.

Геологические процессы непрерывно изменяют земную кору и её поверхность, разрушают одни горные породы и образуют другие. По происхождению горные породы, слагающие земную кору, делятся на три группы: магматические; осадочные и метаморфические.

Магматические породы имеют кристаллическое строение и образуются из расплавленной магмы при застывании её на некоторой глубине (интрузивные) или при выходе её на поверхность (эффузивные).

На долю магматических пород приходится примерно 95% объема земной коры.

Осадочные породы залегают слоями и образуются из продуктов разрушения ранее существовавших горных пород, а также из продуктов жизнедеятельности организмов. Так, песчаник образуется из песков, сланец – из ила, известняк – из морских раковин. Среди осадочных пород преобладают песчаники и глинистые сланцы.

Распределение органического вещества в осадочных породах крайне неравномерное. Выделяется группа рассеянного органического вещества и концентрированного. Граница между ними проведена условно по содержанию 2,5% органического (некарбонатного) углерода. Среднее содержание органического углерода в осадочных породах около 0,6%. Этот углерод в виде капель органического вещества, сорбированного на поверхности минеральных частиц породы, является «предшественником нефти».

Метаморфические породы образуются из магматических или осадочных пород на больших глубинах в результате действия высоких температур и давлений. Например, мрамор (CaCO3) представляет собой метаморфизованный известняк. Эти породы обладают слоистостью и кристаллическим строением. Среди метаморфических пород преобладают гнейсы и кристаллические сланцы.

Ветер, дожди и реки сносят в океан метровый слой грунта за 15 тысяч лет.В пониженных местах континентов и морских бассейнах образуются осадочные породы. В них часто находят окаменелые останки животных и растений, населявших Землю в далекие времена. Осадочные породы подстилаются более древними магматическими или метаморфическими породами. Породы, которые подстилают осадочные, называют коренными породами или породами фундамента. Залежи нефти и газа в подавляющем большинстве случаев приурочены к осадочным породам.

Ежегодно из земных глубин на поверхность выносится около 9х109 т магмы, пепла, паров и газов. Если всю массу вынесенных за всю историю вулканических материалов равномерно распределить по поверхности Земли, то получится слой толщиной в 34 км. Это означает, что земная кора является продуктом длительной переработки вещества верхней мантии посредством физического, химического выветривания, а также за счёт преобразования растениями и живыми организмами.

Луна и лунные приливы

При перемещении тела от поверхности Земли к её центру сила притяжения вначале возрастает до глубины 30 км, а затем убывает, обращаясь в нуль в центре Земли. В одной и той же точке сила тяжести также непостоянна и периодически изменяется. Главный период таких колебаний близок к половине суток. Это происходит от возмущающего притяжения Луны и Солнца.

Луна движется вокруг Земли, но следует уточнить, что Луна и Земля движутся вокруг общего центра тяжести системы (барицентра). Поскольку масса Земли в 81 раз превышает лунную массу, то барицентр находится под поверхностью земного шара на глубине примерно 1500 км. Лунная орбита имеет форму эллипса: расстояние между Землей и Луной изменяется от 360 тыс. км (перигей) до 406 тыс. км (апогей). Сила притяжения Луны нашей планетой составляет 2∙1016 т, орбитальный период – 27,3 суток. Причину регулярных фаз или изменения внешнего облика Луны легко объяснить. Когда Луна находится на одной линии между Землей и Солнцем, мы её не видим. Это фаза новолуния. Когда мы видим весь освещенный диск – это полнолуние. Луна и Земля вместе движутся вокруг Солнца, поэтому интервал между новолуниями составляет 29,5 суток. Период вращения Луны в точности совпадает с её орбитальным периодом.

Рис. 2.7. Схема лунного прилива

 

Основное воздействие Луны на Землю связано с приливами (рис. 2.7). Представим, что наша планета покрыта океаном, а Земля и Луна стоят неподвижно. В точках А и В происходят высокие приливы, в точках С и D – отливы. Лунное тяготение заставляет воду собираться в точке А, где оно является наиболее сильным. Сила тяготения воздействует и на сушу, но горные породы более вязкие, поэтому эффект прилива в породах менее значительный.

Приливы вращаются вместе с Землей и не сохраняют свое положение «под Луной». Приливы медленно смещаются по поверхности Земли, следуя за Луной. Таким образом, каждый прилив будет огибать Землю один раз в сутки. В целом на каждый участок земной поверхности приходится по два прилива и два отлива в течение суток.

Солнце тоже создает приливы, но они гораздо слабее лунных приливов, потому что оно в 400 раз дальше от Земли. Когда Солнце, Земля и Луна находятся на одной прямой и «тянут» в одном направлении (во время новолуния и полнолуния), приливы достигают наивысшей силы. Это так называемые сизигийные приливы. Во время первой и последней четверти приливы бывают слабее.

Схема приливной эволюции системы Земля-Луна базируется на факте, что из-за сил приливного трения постепенно изменяются динамические характеристики системы. Факт «векового» замедления вращения Земли был установлен давно: каждые 50 000 лет земные сутки увеличиваются на 1 секунду.

Ускорение силы тяжести постепенно увеличивалось за счёт замедления Луной скорости вращения Земли. При вращении Земли более быстром, чем обращение Луны, угловое перемещение приливной деформации опережает угловое перемещение Луны по орбите. Вращение Земли смещает выпуклость прилива вперед, ускоряя орбитальное движение Луны. Поэтому гравитационное взаимодействие между Луной и приливной деформацией гидросферы и литосферы ускоряет орбитальное движение Луны и тормозит вращение Земли. Земля 2 млрд. лет назад вращалась в два раза быстрее, а 500 млн лет назад продолжительность земных суток составляла 20 часов.

Причина замедления скорости вращения Земли – лунно-солнечные приливы. Расчётные величины ускорений силы тяжести на Земле в прошлом были примерно следующими: 120 млн лет назад – 6,8 м/с2; 240 млн лет назад – 4,7 м/с2. Этот тезис подтверждается характером развития животных и растений.

Жившие на суше 150 млн лет назад брахиозавры имели массу 55 тонн. При современной силе тяжести такие массивные животные были бы раздавлены собственным весом. По критерию прочности костей на сжатие такие животные могли перемещаться при значении ускорения силы тяжести не более 5 м/с2. Только при таких значениях силы тяжести могли существовать летавшие гиганты с размахом крыльев до 7 м и массой до 40 кг. Системы жизнеобеспечения и скелеты гигантов не выдержали борьбы с возрастающей гравитацией. Эти гигантские виды животных исчезли в юрскую эпоху.

Увеличение силы тяжести сказалось и на развитии флоры. Например, травянистые растения достигали в ту пору огромных размеров. По мере возрастания силы тяжести гигантские папоротники и другие травы погибли.

Луна движется все быстрей, смещаясь на более отдаленную от Земли орбиту. Скорость удаления Луны составляет 4 см/год. Описанный диссипативный процесс выведет Землю на режим вращения, когда на один оборот вокруг оси понадобится 40 суток, а в точке апогея Луна при этом будет отстоять от Земли на 2 млн. км.

Из-за эллиптической формы лунной орбиты приливообразующая сила Луны в перигее на 40% выше, чем в апогее. В начале января Земля достигает точки наибольшего приближения к Солнцу (перигелий). В периоды совпадения этих двух событий суммарная приливообразующая сила Солнца и Луны достигает максимума. Видимо, не случайно максимальная сейсмичность приходится на зимний период. Например, с 1946 по 1963 годы на Кавказе произошло 867 землетрясений, из которых на весну пришлось 185, на лето 172, на осень 147, а на зиму 363 землетрясения.

Оценки показывают, что твердое внутреннее ядро Земли также совершает вынужденные перемещения от 0,4 до 11,6 м с цикличностью 27,3 суток. Когда Луна или Солнце располагаются под углом 90о к первоначальной точке наблюдения, прилив спадает, и наступает отлив. Замечательно то, что когда светило окажется с противоположной стороны Земли относительно первоначальной точки, в ней снова начинается прилив. Такое явление обусловлено тем, что при движении по орбите Луна вызывает смещение центра масс системы Луна-Земля. Больше всего сместятся массы, для которых Луна в зените Z, меньше – центральные массы, и еще меньше – массы, для которых Луна в надире N.

Наибольший подъём земной поверхности под возмущающим действием Луны достигает 36,6 см, наибольшее опускание – 17,8 см. Таким образом, максимальная амплитуда вызванных Луной колебаний земной поверхности составляет 53,4 см. Для возмущений от Солнца наибольший подъем равен 16,4 см, наибольшее опускание – 8,2 см.

Реальная деформация Земли приливной волной в области экватора имеет максимальную амплитуду 52 см, а на широте 50о – 40 см. Таким образом, Земля непрерывно пульсирует. Эти перемещения очень медленные: 4 см/ч. Для широты Москвы относительное изменение высот на расстоянии 40 км составляет всего 3 мм. Океанические приливы в некоторых областях Земли достигают нескольких метров.

Средняя мощность внешнего силового воздействия на Землю характеризуется следующими величинами: Луны – 1,2х1013 Вт, Солнца – 1012 Вт. На перестройку мантии приливные силы могут расходовать мощность порядка 4х1011 Вт. Если преобразовать всю приливную энергию в твердой части Земли в тепло, то современный вклад приливного трения составит около 12% от наблюдаемого теплового потока, поступающего из глубин Земли. Приливная эволюция системы Земля-Луна приводит к существенным изменениям условий на поверхности и внутри Земли, преобразующих лик Земли, меняющих климат и характер осадконакопления.

Приливная сила «разрабатывает» дефекты среды, подверженные её воздействию. В этом смысле она подобна вибрации, которая работает на протяжении всей геологической истории Земли.По материалам наблюдений в высоких широтах в период полярной ночи ход атмосферного давления повторяет ход изменения приливных сил. Отсюда следует, что и сейсмическая активность, и атмосферные процессы зависят от приливного воздействия.

Под действием приливных сил полая сферическая оболочка деформируется в вытянутый эллипсоид вращения с главной осью, направленной на Луну. Из этой модели следует, что оболочка земной коры находится в постоянно поддерживаемом извне знакопеременном напряженном состоянии; основная периодичность изменения напряженного состояния близка к половине суток. Согласно оценкам, напряжение на экваторе, вызванное приливной волной, изменяется в диапазоне 5000 Па/цикл.

Правильнее рассматривать земную кору не как сплошную среду, а как блоковую модель, как оболочку, имеющую нарушения сплошности, наследованные земной корой за геологическую историю. При прохождении приливной волны в системе блоков остается некоторая необратимая деформация. Если напряжение полусуточной приливной волны оценить как 5000 Па за цикл, то для накопления напряжения 1,0 МПа, характеризующего сильное землетрясение, потребуется время порядка 75 – 100 лет. Подобная оценка допускает возможность механизма закачки сейсмической энергии приливными силами.

Приливы непрерывно подкачивают упругую энергию в систему блоков, слагающих земную кору. Приливная энергия накапливается в земной коре в виде напряжений изгиба, кручения, сдвига и сжатия. Постепенно равновесие в ансамбле блоков становится неустойчивым. В какой-то момент происходит сейсмический срыв и переупаковка блоков – их переход в новое равновесное состояние.

В отдельные годы сильные землетрясения происходят почти по графику полнолуний и новолуний. Однако строгой системы здесь не прослеживается. Например, из последних 271 сильных землетрясений только 132 (49%) приурочены к сизигиям. Солнечные и лунные приливы постоянно «массируют» земную кору и содержащиеся в недрах флюиды.

 

cyberpedia.su

Современная картина происхождения Вселенной. Рождение Вселенной. Вселенная и пути ее эволюции

Похожие главы из других работ:

Мир галактик

1.1 Размеры Вселенной

Человек всегда стремился взором, мыслями, чувствами почтить мир, в котором он живет, частицей которого он является. Насколько велика Вселенная? На этот вопрос трудно ответить в нескольких словах, не имея четкого представления...

Мир галактик

1.3 Сколько лет Вселенной

Определить возраст мира - это задача науки космогонии. Больше двухсот миллионов лет тратит Солнце, чтобы обернуться вокруг центра Галактики. Это так называемый галактический год. По сравнению с этим «годом»...

Модель устойчивой мировой системы

Концепция расширяющейся Вселенной

Самый серьезный удар по представлению о стационарности Вселенной был нанесен результатами измерений скоростей удаления галактик, полученными Хабблом. В 1929 г. после огромной работы по получению и изучению спектров галактик...

Наша Вселенная

Механика вселенной

Стационарность для Вселенной невозможна -- таков был вывод А. Фридмана. Но Вселенная не обязательно должна именно сжиматься под действием тяготения. Если вначале задать всем массам скорости удаления друг от друга, то она будет расширяться...

Проблема тепловой смерти Вселенной

1. Понятие Вселенной

A что такое Вселенная? Ученые под этим термином понимают максимально большую область пространства, включающую в себя как все доступные для изучения небесные тела и их системы, т.е. как Метагалактику, так и возможное окружение...

Происхождение Вселенной

Образование Вселенной.

Конечна или бесконечна Вселенная, какая у нее геометрия - эти и многие другие вопросы связаны с эволюцией Вселенной, в частности с наблюдаемым расширением. Если скорость «разлета» галактик увеличится на 75 км/с на каждый миллион парсек...

Происхождение солнечной системы

2. Современная теория происхождения солнечной системы

Согласно современным представлениям, планеты солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Такая точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого...

Рождение Вселенной

Глава 1. Образование Вселенной

Существует точка зрения, что с самого начала протовещество с гигантской скоростью начало расширятся. На начальной стадии это плотное вещество разлеталось во всех направлениях и представляло собой однородную бурлящую смесь неустойчивых...

Рождение и развитие Вселенной

1. Гипотетическое представление о Вселенной

Как-то один известный ученый (Бертран Рассел) читал публичную лекцию об астрономии. Он рассказывал, как Земля вращается вокруг Солнца, а Солнце, в свою очередь, вращается вокруг центра огромного скопления звезд, которое называют нашей Галактикой...

Современные представления о мегамире

2.1. Общая характеристика Вселенной.

Вселенная представляет собой самую крупную вещественную систему, т. е. систему объектов, состоящих из вещества. Иногда понятие «вещество» отождествляют с понятием «материя». Такое отождествление может привести к ошибочным заключениям...

Современные представления о мегамире

2.3. Теории эволюции Вселенной.

Эволюция Вселенной, начиная с Большого взрыва, рассматривается как совместное развитие микро - и мак-роявлений, включающее процессы дифференциации и усложнения в микро - и макроветвях эволюции...

Эволюция Вселенной

2. Строение Вселенной - современные космологические модели Вселенной

Космология изучает физическую природу, строение и эволюцию Вселенной как целого. Понятие «Вселенная» означает Космос, доступный человеческому наблюдению. Космология рассматривает наиболее общие свойства всей области пространства...

Эволюция Вселенной

Строение вселенной

Вселенная - это весь окружающий нас бесконечный мир. Это другие планеты и звёзды, наша планета Земля, её растения и животные, люди. Это материя без конца и края, принимающая самые разнообразные формы своего существования...

Эволюция Вселенной

1. Происхождение Вселенной

Вселенная - это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Во все времена люди хотели знать, как возник наш мир...

Эволюция Вселенной

2. Эволюция Вселенной

Эта модель предполагает, что начальная температура внутри сингулярности превышала 1013 градусов по абсолютной шкале Кельвина, в которой начало шкалы отсчета, соответствует - 273 градусам шкалы Цельсия...

kosmos.bobrodobro.ru

Вселенная full hd, hdtv, fhd, 1080p обои, вселенная картинки, вселенная фото 1920x1080

Приложение WallpapersCraft
  • Превью обои вселенная, пространство, туманность, галактика  8.7 1920x1080  40815 вселенная, пространство, туманность
  • Превью обои вселенная, звезды, пространство, лицо, космос  8.0 1920x1080  33446 вселенная, звезды, пространство
  • Превью обои вселенная, планеты, круг, звезды  7.7 1920x1080  46307 вселенная, планеты, круг
  • Превью обои вселенная, галактика, разноцветный, погружение  7.6 1920x1080  2365 вселенная, галактика, разноцветный
  • Превью обои вселенная, планета, звезды, свет  6.5 1920x1080  20912 вселенная, планета, звезды
  • Превью обои вселенная, космос, лицо, ракета  6.3 1920x1080  7434 вселенная, космос, лицо
  • Превью обои планеты, вселенная, галактика, звезды, вспышка  9.0 1920x1080  80066 планеты, вселенная, галактика
  • Превью обои космос, вселенная, туманность, звезды, свет  8.8 1920x1080  105261 космос, вселенная, туманность
  • Превью обои звездное небо, вселенная, галактика  8.4 1920x1080  18997 звездное небо, вселенная, галактика
  • Превью обои звезды, вселенная, пространство  7.6 1920x1080  10481 звезды, вселенная, пространство
  • Превью обои галактика, вселенная, звезды, космос, пространство  7.4 1920x1080  1673 галактика, вселенная, звезды
  • Превью обои галактика, вселенная, звезды, блеск, космос  6.7 1920x1080  5578 галактика, вселенная, звезды
  • Превью обои планета, вселенная, земля, галактика  6.7 1920x1080  9090 планета, вселенная, земля
  • Превью обои планета, вселенная, звезды, галактика, космос  4.9 1920x1080  4440 планета, вселенная, звезды
  • Превью обои звездное небо, галактика, вселенная, небо, ночь  9.4 1920x1080  42495 звездное небо, галактика, вселенная

wallpaperscraft.ru

Создавая картину Вселенной

О сайте

Этот сайт рассказывает о двух великих современных теориях пространства, времени и тяготения - теорияхКосмология Ньютона и Эйнштейна, а также об основанных на них теориях строения и эволюции Вселенной, их развитии и становлении. Подобно живым организмам, научные теории непрерывно видоизменяются и совершенствуются, и без учета этого обстоятельства невозможно их полное понимание.

На протяжении более двадцати веков конкретная космология сводилась к изучению Солнечной системы. С этой мыслью, казалось бы, трудно согласиться: ведь люди всегда видели звезды. Однако долгое время их рассматривали скорее как красивый фон, чем предмет изучения. И только совсем недавно - в начале прошлого столетия - благодаря бурному развитию средств наблюдения люди осознали, что они живут в разнообразном и неспокойном мире галактик.

Вспоминая о мыслителях прошлого, можно проследить две линии научного поиска. Первая - это линия Аристарха - Коперника - Кеплера, создателей модели Солнечной системы, главным итогом усилий которых был вывод (на основании результатов наблюдений) законов движения планет. Но наука отвечает не только на вопрос «как?», но и на вопрос «почему?». И вторая линия, Архимед - Галилей - Ньютон, иллюстрирует важнейшие достижения физической науки, построение классической механики и теории тяготения. Плодотворная научная теория должна быть «избыточной» - в том смысле, что число явлений и фактов, которые она способна объяснить, должно значительно превышать число свободных параметров в теории. Именно к такого рода теориям относится теория тяготения Ньютона, или, как ее еще называют, закон всемирного тяготения. Эта теория применима к обширному кругу физических явлений и астрономических систем: здесь и океанские приливы, и двойные звезды, и шаровые скопления, и галактики.

ВселеннаяОднако ньютоновской теории недостаточно для описания наблюдаемой Вселенной как целого, и современная космология должна быть релятивистской, т. е. опираться на релятивистскую теорию тяготения. Простейший критерий применимости теории тяготения Ньютона (малость гравитационного потенциала по сравнению с квадратом скорости света) не выполняется для огромной массы вещества, заключенного в объеме пространства, доступного ныне для наблюдений.

Современная релятивистская теория тяготения составляет суть общей теории относительности Эйнштейна. Построение релятивистской теории тяготения, ее применение к гравитирующим системам наибольших масштабов шли параллельно с изучением пространственного распределения галактик, доказательством нестационарности наблюдаемой системы галактик и их скоплений. Так возникло понятие расширяющейся Вселенной, так возник вопрос о ее прошлом и будущем.

Выводы релятивистской теории тяготения поражают воображение, но (по крайней мере пока) прекрасно согласуются с результатами наблюдений. Возможно, самое удивительное и захватывающее нас ждет впереди, когда удастся осуществить синтез релятивистской теории тяготения и квантовой теории. Такой синтез необходим для описания самых глубинных закономерностей в условиях очень ранней Вселенной. (Это состояние Вселенной, для описания которого потребуется еще не созданная квантовая теория тяготения, иногда условно называют «Большой взрыв»). Физические условия очень ранней Вселенной служат как бы исходными данными для более поздней эпохи, когда происходило образование структурных единиц типа галактик и скоплений галактик.Солнечная система

Один из самых острых вопросов современной космологии: как и почему образовались астрономические системы разных масштабов, каково направление космической эволюции - «скучивание» или «фрагментация»? Принятая ныне «теория горячей Вселенной» сопоставляется с одним из вариантов «теории холодной Вселенной».

Как видно из самого названия, теория горячей Вселенной исходит из того, что догалактическое вещество было плотным и горячим. Наблюдаемое фоновое микроволновое излучение с температурой примерно 3 К в этой теории просто и естественно интерпретируется как излучение той далекой эпохи, остывшее в результате расширения Вселенной. Напротив, в теории холодной Вселенной принимается, что начальная стадия расширения происходила при температуре, равной абсолютному нулю, а наблюдаемое фоновое излучение с температурой 3 К возникло позднее, в результате «переработки» света, излученного гипотетическими массивными звездами самого первого поколения.

В исторической ретроспективе по-иному относишься и к сегодняшней границе между «твердо установленным» и «гипотетическим». Не без удивления обнаруживаешь, как многие правильные идеи надолго забывались, а те, что впоследствии были отвергнуты, господствовали веками. Критический взгляд на эти проблемы, несомненно, поучителен и для современного исследователя.

Хочется надеяться, что этот сайт будет интересен школьникам и студентам, преподавателям и научным работникам, и всем, кто задумывается над вопросами, связанными со строением и эволюцией Вселенной.

spacemystery.ru

Вселенная - новые открытия - Картина Мира

вселенная, галактикаНовости физической науки обычно воспринимаются по-разному, в зависимости от того, насколько слушатель (или читатель) знаком с той или иной стороной предмета. Только нечасто бывает, чтобы новое сенсационное открытие задело буквально всю физику. Так было, например, в начале XX века, когда создавались теория относительности, квантовая механика, а в области техники — вакуумная электроника. В университетах лекторы с каким-то оттенком зависти до сих пор рассказывают студентам о том фантастическом времени, когда разом появились такие гиганты, как А. Эйнштейн, Н. Бор, П. Дирак и другие блестящие ученые, перевернувшие всю классическую физику. Понадобилось несколько поколений, чтобы новые физические идеи органично впитались наукой, а затем стали плодоносить (иногда, увы, грибами термоядерных взрывов). Революционные научные и технические достижения второй половины XX века основывались, главным образом, на гигантском прогрессе в физике твердого тела, прежде всего, полупроводников. Но на новом стыке веков в науке стали разворачиваться события, масштаб которых вполне сопоставим с тем, что было в начале XX века. На международных конференциях доклады о новостях космологии собирают массу народа. Нового Эйнштейна пока не видно, но дело зашло очень далеко. Речь в предлагаемой статье пойдет о новых открытиях, которые привели к небывало глубокой ревизии представлений о Вселенной, в которой мы обитаем.

В начале столетия

Странные дела происходят в науке почему-то каждый раз в начале века.

100 лет назад А. Эйнштейну показалось, по-видимому, мало созданной им в 1905 г. теории фотоэффекта (за которую в 1922 г. он был удостоен Нобелевской премии). В период 1905-16 гг. он опубликовал ряд своих знаменитых работ по Общей Теории Относительности (за которые, кстати, премии его не удостоили). Тогдашняя астрономическая наука была совершенно уверена в стабильности и неизменности Вселенной. На том она и стояла. И Эйнштейн тогда был того же мнения. В исходном виде его уравнения содержали только одну константу, ньютоновскую гравитационную постоянную 8ttGc . Однако из его уравнений сразу следовало, что Вселенная устойчивой, "замороженной", быть не может, что вызывало у автора беспокойство. Чтобы справиться с этой неприятной особенностью непослушных уравнений, он ввел в них своеобразную компенсацию этой нестабильности в виде того, что потом получило название "ламбдачлен". Эйнштейн вовсе не придавал ему того физического смысла, который стал просматриваться в начале 80-х. Но во второй половине XX века ламбдачлен стал любимой темой дискуссий физиков-теоретиков. Чем дальше, тем больше. С началом XXI века создается впечатление, что важнее ламбдачлена в физике вообще ничего нет. И в самом деле, за этим термином таится масса еще не известных свойств гигантской новой области астрофизики, космологии, да по существу и всей физики. Область эта намного превосходит все, что нам до сих пор было известно.

Здесь уместно напомнить, что ровно 100 лет назад, с наступлением XX века, многие ведущие теоретики утверждали, что в физике уже "практически все открыто", остались лишь несколько "небольших облачков над горизонтом". Из этих "небольших облачков" родились квантовая механика, теория относительности (как ни странно, несовместимая в нынешнем виде с квантовой механикой), ядерная физика, электроника, физика твердого тела и практически все современные высокие технологии... Бывает, что даже очень знающие люди склонны недооценивать грядущий научный прогресс. Ученый XIX века Г. Кирхгоф оставил в физике закон излучения и известные школьникам законы разветвления токов. Так вот, когда еще лет за 20 до конца XIX века Кирхгофу рассказали о каком-то новом физическом открытии, он ухмыльнулся саркастически: а разве в физике осталось что открывать? Примерно такие же высказывания можно было услышать и от очень, очень известных ученых даже в последние десятилетия XX века. Впрочем, это не всегда было так. Еще 2000 лет назад(!), в I веке н.э., в Книге 7 "Вопросов природы" воспитатель Нерона Л.А. Сенека писал: "Время придет, когда наших потомков будет забавлять, что мы не знали понятий, которые они считают такими простыми... Многие открытия предназначены для будущих веков, когда уже сама память о нас сотрется... Природа не раскрывает свои тайны раз и навсегда".

Темная масса

Скрытая (или темная) масса тоже не внезапно возникла в астрофизике. Выводы работы А. Фридмана (1922 г.), в которой он рассматривал разные варианты кривизны мира, касались дальнейшей судьбы Вселенной, которая зависит от средней плотности ее вещества. Вселенная может неограниченно расширяться; расширение может остановиться; его может сменить сжатие... Два последних варианта активно рассматривались астрофизиками, причем в 80-е годы в них было включено также невообразимо быстрое расширение Вселенной (так называемая инфляция), происшедшее в первые мгновения Большого Взрыва. Средняя плотность вещества во Вселенной в принципе поддавалась определению уже в середине XX века. Но получалось что-то странное. В 30-е годы астроном Ф. Цвикки изучал движение связанной группы галактик, каждая из которых движется настолько быстро, что должна была бы покинуть группу, так как их общее тяготение примерно в 10 раз меньше того, что могло бы их удержать. Тем не менее, они остаются в составе группы. Суммарную массу звезд, газа и пыли в галактиках ученые умеют определять. Она недостаточна. Оставалось предположить, что есть еще какая-то Темная Масса, что-то, чего астрономы не замечают. Но почему? Именно среднюю плотность вещества, включая Темную Массу, астрономы надеялись получить из новых наблюдений очень удаленных сверхновых, сопоставляя их с другими данными, полученными из наблюдений реликтового излучения.

Реликтовое излучение

На явное несоответствие массы видимого вещества Вселенной его наблюдаемому движению указывает еще один экспериментальный результат. Это тот самый уникальный эффект, который в 1948 г. был предсказан Гамовым, а соответствующим инструментом космология обзавелась немного позже, в последней трети XX века. В российской науке его называют реликтовым излучением, в западной — микроволновым космическим фоновым излучением. За его открытие в 1965 г. астрофизики А. Пензиас и Р. Уилсон (США) были удостоены Нобелевской премии. Тогда тем, кто знаком с радиотехникой, было интересно узнать, что возможности снижения шума в принимаемом радиосигнале не беспредельны. Даже самые совершенные антенны вместе с полезным сигналом принимают небольшой шум, который, как оказалось, приходит сразу отовсюду. Его происхождение поняли далеко не сразу (экспериментаторы не любят читать теоретические статьи). Оказалось, что это... свет остатков вспышки Большого Взрыва. Когда-то он был почти таким же ярким, как свет Солнца, но шел со всех сторон. В течение 400 тысяч лет после Большого Взрыва среда оставалась настолько плотной и горячей, что была непрозрачной для собственного излучения. Наконец, когда из-за расширения температура упала до 4000 градусов, среда стала прозрачной, и излучение с температурой 4000К вырвалось на свободу. То же пространство окружает нас со всех сторон и сегодня, но оно настолько расширилось, что из-за красного смещения максимум излучения сместился с 0,7 мкм (оранжевый свет) до 1 мм (радиоволны), и воспринимается как радиошум, излучаемый телом с температурой, близкой к абсолютному нулю (2,7К). Реликтовое излучение стало особой темой космологии. Оно заменило когда-то существовавшее понятие эфира: скорость движения Солнечной системы, Земли или космического аппарата нельзя найти относительно вакуума, но можно определить относительно реликтового излучения. А нельзя ли по его неоднородностям определить, как было разбросано вещество в пространстве в мгновенье Большого Взрыва? Оказалось, что можно. Реликтовое излучение позволило выбрать из моделей Фридмана плоскую Вселенную. Для измерения понадобились приборы, способные уловить в нем ничтожные неоднородности в стотысячные доли градуса. Неоднородности фона по данным спутника WMAP показаны на рисунке вверху слева, а справа показано распределение неоднородностей по угловым размерам. Глубокий физический смысл этой диаграммы предсказал А.Д. Сахаров; поэтому ее называют "сахаровские колебания". Наблюдения показывают, что, во-первых, фон, в общем, достаточно однороден. Во-вторых, сахаровские колебания демонстрируют наличие таких неоднородностей, для образования которых "обычного" вещества было явно недостаточно. Что-то непонятное и массивное уже тогда присутствовало в рождающейся Вселенной.

В мире четырех десятых процента

Все звезды обращаются вокруг центра Галактики, которая имеет форму диска. Солнце со своими планетами завершает один оборот вокруг центра за 250 миллионов лет. Вокруг центра обращаются и шаровые звездные скопления, которые при этом периодически то поднимаются над плоскостью Галактики, то опускаются под нее. Опять-таки, суммарная масса звезд, газа и пыли в диске Галактики значительно меньше той массы, которая должна была бы объяснить и обращение звезд, и такое своеобразное движение шаровых скоплений. В связи с актуальностью новых космологических задач, астрономы со всей тщательностью взялись за ревизию существующих оценок массы Вселенной. Результат оказался ошеломляющим: все, что мы видим во Вселенной, — звезды, газ, пылевые скопления и почти открытые черные дыры — составляют всего... 0,4% ее массы. (А еще недавно предполагалось, что основная часть массы Вселенной сосредоточена в звездах.) Излучение дает еще 0,005%. С высокой вероятностью существуют относительно массивные, пока еще не открытые, несветящиеся объекты. Прежде всего, это межгалактические облака водорода, которые по ряду причин трудно обнаружить. На них-то и приходится основная масса обычного вещества, около массы Вселенной! Больше взять неоткуда. Эти 4% образует материя, состоящая из барионов, к классу которым относятся нейтроны и протоны. Электроны столь же многочисленны, как и протоны, но их масса на несколько порядков меньше. Барионная материя — это весь мир обычного вещества Вселенной. Опубликованные в 2003-04 гг. результаты новых исследований свойств реликтового излучения приборами спутника WMAP показали, что в общей сумме барионной и темной масс барионная материя занимает только 17%.

Самая правильная ошибка

Можно сказать, что Вселенной правит энергия пустоты, которая вошла в космологию под маской ламбда-члена. Космологическая постоянная Эйнштейна вовсе не была "самой большой его ошибкой", как он говорил Гамову. И все-таки в современном виде ее смысл отличается от того, что придавал ей Эйнштейн. Его уравнение гравитационного поля связывало тензор кривизны пространства с распределением в нем энергии и материи через гравитационную постоянную Ньютона. Ламбда-член он поместил слева, как свойство пространства. Теперь физики перенесли его вправо. Здесь вакуум действует наравне с распределением энергии и материи и представляет новую форму плотности энергии, многократно превосходящую все, что до сих пор было знакомо физике. Антитяготение превышает тяготение. Результирующая гравитация — это отталкивание, а не притяжение. Ламбда-член определяет закон всемирного антитяготения и ускоряющееся расширение Вселенной. Остается добавить, что если бы Эйнштейн не создал ламбда-член, он все равно появился бы в наши дни.

О чем в настоящей статье рассказано не будет, так это об уже созданных и создаваемых новых гипотезах о природе Темной Энергии. Физики пытаются построить их как на классических началах, так и на дальнейшем развитии принципов квантовой механики. Причем с учетом Планковских квантов времени и пространства, существующих, по-видимому, реально. Длина Планковского кванта пространства, в сантиметрах, равна 32 нулям после запятой перед единицей, а кванта времени, в секундах — 42 нулям после запятой перед единицей. Ни времени, ни длин короче их в природе не бывает, что объясняет, например, парадокс бесконечной плотности в сингулярности. До Большого Взрыва плотность в ней могла быть гигантской, но не бесконечной, а сингулярность не могла быть меньше кванта объема (в кубических сантиметрах — 98 нулей после запятой). События не могли быть короче кванта времени. Стараясь объединить принципы Общей Теории Относительности и квантовой механики, физики разработали Теорию струн и Теорию петлевой квантовой гравитации, конкурирующие в объяснении устройства мира. Найдет ли природа Темной Энергии свое толкование в квантовой теории, или же в терминах классической физики, как это старался сделать Эйнштейн — покажет время.

Темная эпоха

Как ни удивительно, вскоре после Большого Взрыва, через полмиллиона лет, началась эпоха, когда во Вселенной было совершенно темно, пусто и холодно. Темная эпоха продолжалась примерно 250 миллионов лет. Во Вселенной не было ни одной звезды, ни одной галактики. Если в начале Темной эпохи глаз человека еще мог бы заметить тускло-красное равномерное свечение неба, то теперь темнота стала вездесущей. Пространство было заполнено главным образом Темной материей и реликтовым излучением, которое тогда было более коротковолновым (инфракрасным), соответствовало примерно 150К (-120°С) и продолжало остывать по мере расширения пространства. Барионная материя составляла 1/10 темной и состояла из атомов водорода и гелия в пропорции 4:1 по массе, оставшейся от Большого Взрыва. Темная Энергия практически никакой роли не играла. События Темной эпохи установлены с помощью расчетных моделей, потому что ничего, кроме реликтового излучения, оттуда до нас не дошло. Но модели достаточно надежны; именно они дают представление о природе Темной эпохи. Когда связь реликтового излучения с веществом разорвалась, и излучение стало самостоятельным явлением, красное смещение составляло огромную величину z = 1200. Это соответствует уже упоминавшемуся возрасту 400 тысяч лет, а самые далекие (или ранние) объекты, которые удается наблюдать, имеют z = 6,5 (900 миллионов лет). При z = 1100 температура снизилась до 3000К, произошла рекомбинация плазмы, и частицы объединились в атомы. На этом, похоже, бурные события закончились, и наступила Темная эпоха. До образования первых звезд оставалось, по разным моделям, 200-400 миллионов лет довольно скучного времени, когда уже не было никаких критических процессов. Главное, что происходило — дальнейшее понижение температуры. И причина, по которой задерживалось звездообразование, даже не в том, что распределение вещества было практически однородным, что препятствовало возникновению конденсаций. Эксперимент на спутнике WMAP показал, что, хотя образование звезд оставалось маловероятным, очень небольшие и крайне маловероятные неоднородности Темной Массы все же существовали. Но когда красное смещение z достигло примерно 6 (а возраст Вселенной примерно миллиарда лет), бесчисленные галактики заполнили пространство. Первые звезды, которые были огромными и очень яркими, определили всю дальнейшую историю Вселенной. Чего же они ждали, что до того задерживало звездообразование? Оказывается, запрет создавал сам механизм образования звезд.

Первые звезды

Процесс возникновения первых звезд был более простым, чем образование звезд современного типа, из-за химической чистоты исходного материала — смеси водород-гелий. Газ атомарного состава был перемешан с Темной Массой. Он начинал сжиматься, следуя действию гравитационных сил Темной материи. Формирование звезды зависит от температуры среды, массы конденсирующегося газового образования и наличия в нем молекулярного водорода, который обладает способностью отводить из конденсации тепло, излучая его в окружающее пространство. Молекулярный водород не может возникнуть из атомарного при случайных столкновениях атомов; для его образования у природы припасен довольно сложный процесс. Поэтому при z > 15-20 водород оставался, в основном, в атомарной фазе. При сжатии температура газа в конденсации повышается до 1000К и более, и доля молекулярного водорода несколько увеличивается. При такой температуре дальнейшая конденсация невозможна. Но благодаря молекулярному водороду температура в наиболее плотной части образования снижается до 200-ЗООК, и сжатие продолжается, преодолевая давление газа. Постепенно обычная материя отделяется от темной и концентрируется в центре. Минимальная масса газовой конденсации, необходимая для формирования звезды, масса Джинса, определяется степенной зависимостью от температуры газа, поэтому первые звезды имели массу в 500-1000 раз большую, чем Солнце. В современной Вселенной при образовании звезд температура в плотной части конденсации может быть всего 10К, потому что, во-первых, функции теплоотвода более успешно выполняют появившиеся тяжелые элементы и частицы пыли, во-вторых, температура окружающей среды (реликтового излучения) составляет всего 2,7К, а не почти 100К, как это было в конце Темной эпохи. Второй критерий массы Джинса — давление (точнее, квадратный корень из давления). В Темную эпоху этот параметр был примерно таким же, как теперь.

Образовавшиеся первые звезды были не только огромными, в 4-14 раз больше Солнца, но и очень горячими. Солнце излучает свет с температурой 5780К. У первых звезд температура составляла 100 000-110 000К, а излучаемая энергия превосходила солнечную в миллионы и десятки миллионов раз. Солнце называют желтой звездой; эти же звезды были ультрафиолетовыми. Сгорали и разрушались они всего за несколько миллионов лет, но успевали выполнить по крайней мере две функции, определившие свойства последующего мира. В результате реакций синтеза происходило некоторое обогащение их недр "металлами" (так астрономы называют все элементы тяжелее гелия). Истекающий с них "звездный ветер" обогащал металлами межзвездную среду, облегчая формирование последующих поколений звезд. Главным же источником металлов были взрывы некоторых из них в качестве сверхновых. Наиболее массивная часть первых звезд в конце своего жизненного пути, по-видимому, образовала черные дыры. Мощное ультрафиолетовое излучение гигантских звезд вызвало быстро развивающиеся разогрев и ионизацию межзвездного и межгалактического газа. Это была вторая их функция. Такой процесс называют ре-ионизацией, потому что он был обратным рекомбинации, завершившейся за 250 миллионов лет до этого, при z = 1200, когда образовались атомы и освободилось реликтовое излучение. Исследования далеких квазаров показывают, что ре-ионизация практически закончилась при z = 6-6,5. Если эти две отметки, z = 1200 и z = 6,5, считать границами Темной эпохи, то она продолжалась 900 миллионов лет. Сам период полной темноты, до появления первых звезд, длился короче, около 250 миллионов лет, причем теоретики считают, что в некоторых, совершенно исключительных случаях отдельные звезды могли появиться и раньше, но вероятность этого была очень низкой.

С образованием первых звезд Темная эпоха закончилась. Гигантские ультрафиолетовые звезды входили в протогалактики, образованные, главным образом, Темной материей. Размеры протогалактик были небольшими и они находились близко друг к другу, что вызывало сильное притяжение, которое объединяло их в первые галактики, тоже небольшие. Их размеры составляли 20-30 световых лет (всего в 5 раз больше современного расстояния до ближайшей звезды; диаметр нашей Галактики составляет 100 000 световых лет). Было бы интересно увидеть эти гигантские ультрафиолетовые звезды, но, несмотря на их огромную яркость, сделать это не удается: они находятся в области z = 8-12, а рекордом наблюдения удаленных объектов пока остается квазар при z = 6,37. Вот если бы придумать, как выделить излучение, возникшее в определенный период времени... Допускал же колебавшийся иногда Э. Хаббл, что красное смещение — просто результат старения света, а никакой не эффект Доплера.

Заключение

В 2005 году исполняется 100 лет со дня опубликования Альбертом Эйнштейном его первой работы по Теории относительности. По мере углубления экспериментальных исследований обнаруживается, что мир становится все сложнее. Усложняются и появляющиеся новые теории, судить о справедливости которых мне, экспериментатору, нелегко. Какое-то утешение я нахожу в следующих словах Эйнштейна: "Никаким количеством экспериментов доказать теорию нельзя, но достаточно одного, чтобы ее опровергнуть". Заканчивая этот короткий обзор новых открытий, я пытаюсь представить себе другой обзор, тот, который будет написан через 100 лет. Надеюсь, его автор тоже будет оптимистом и закончит его словами Лукреция Анния Сенеки: "Природа не раскрывает свои тайны раз и навсегда".

Источник

 

< Предыдущая Следующая >
 

kartinamira.info

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото) » Триникси

Советую вам ознакомиться с фактами о нашей удивительной вселенной, которые пополнят ваш рюкзак знаний, и которыми вы сможете удивить своих друзей во время очередной гулянки ;)

Масса Солнца составляет 99 процентов общей массы вещества в Солнечной системе.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

В нашей Вселенной существует планета под названием HD189733b, где идут дожди из стекла.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

Путешествие фотона от ядра Солнца до его поверхности занимает 170 тысяч земных лет.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

И ещё 8 минут потребуется на то, чтобы фотон, оторвавшись от поверхности Солнца, достиг наших глаз.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

В созвездии Орла существует газовое облако, содержащее такое количество алкоголя, которого хватило бы для производства 200 септиллионов (1024) литров пива.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

Навозные жуки, столь примитивные на вид создания, оказывается, могут использовать для навигации свое положение относительно Млечного Пути.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

В 33 световых годах от Земли находится экзопланета (так называют планеты вне Солнечной системы), поверхность которой полностью покрыта горящим льдом.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

Во Вселенной каждый день появляется около 275 миллионов новых звезд.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

Гора Олимп, самая высокая в Солнечной Системе, находится на Марсе. Она в 3 раза выше Эвереста и буквально пронзает насквозь атмосферу Марса.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

Кроме того, она обладает гигантской шириной: если бы мы встали на краю ее кратера, основание вулкана оказалось бы за линией горизонта.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

Вращение Земли замедляется примерно на 17 милисекунд каждое столетие.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

Один день на Венере длится дольше, чем год, поскольку один оборот вокруг Солнца планета совершает быстрее, чем оборот вокруг собственной оси.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

В пределах нашей галактики существует небесное тело, представляющее собой цельный алмаз и превосходящее размером Землю.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

Масса одной чайной ложки вещества нейтронной звезды составляет около миллиарда тонн.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

На околоземной орбите насчитывается более 8 тысяч предметов, относящихся к космическому мусору.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

С каждым годом Луна удаляется от Земли на 3,8 сантиметров.

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

Если бы кому-то удалось поместить Сатурн в гигантский резервуар с водой, планета осталась бы плавать на поверхности (по расчётам астрономов плотность Сатурна составляет всего 0,687 г/см³, что меньше плотности воды).

Удивительные факты о нашей вселенной (17 фото)

Отсюда

trinixy.ru