Столетиями тысячи людей искали ответ на фундаментальный вопрос: что находится в центре Вселенной?
Жители Греции в 3 веке до нашей эры обращались за поиском ответа к ночному небу.
Раз мы смотрим на небо с земли, значит мы в центре.
Согласно теории Аристотеля, считалось, что мир состоит из 4 элементов: земля, вода, огонь и воздух. Эти элементы находятся внутри твердой сферы и передвигают ее. Каждую из таких сфер мы наблюдаем в виде звезды. А Вселенная со всеми ее звездами расположена на крайней сфере. Данная теория действительно хорошо объясняет движение звездного неба. Подобная точка зрения на Вселенную просуществовала несколько веков.
В 1543 году Коперник предложил новую модель. По его мнению, в центре Вселенной находится Солнце. К такой радикальной точке зрения вначале мало кто прислушивался. Однако новые научные открытия и наблюдения того времени стали подтверждать модель Коперника:
1. Иоганн Кеплер доказал, что орбиты не обладают идеальной формой круга.
2. Галилей заметил, что луны Юпитера вращаются исключительно вокруг Юпитера.
3. Ньютон открыл закон всемирного тяготения, согласно которому все вещи притягиваются друг другу.
В конце концов было признано, что Земля не является центром Вселенной.
В 1580 году итальянский философ и мыслитель Джордано Бруно выдвинул гипотезу о том, что любая звезда может быть Солнцем со своими планетами. А Вселенная на самом деле бесконечна. Общество эпохи Возрождения очень резко восприняло его учения. За свои убеждения Бруно позже поплатился жизнью.
Прошло несколько столетий и Рене Декард выдвинул новое учение, согласно которому Вселенная состоит из образований, каждое из которых представляет собой смесь водоворотов и вихрей, со звездами в центре.
По мере улучшения телескопов астрономы всё более убеждались в том, что Солнце - лишь одна из бесчисленного множества звезд во Млечном пути. А остальные узоры на ночном небе - это другие галактики, такие же огромные, как и наш Млечный путь. Возможно, мы мы очень далеки от центра, вопреки нашим ожиданиям.
В 20 веке астрономы провели научное исследование. Они следили за туманностями с целью понять их движение. Согласно эффекту Доплера, для объектов, движущихся в нашу сторону будет замечен голубой спектр, а от нас - красный. В процессе наблюдения появился только красный цвет. Объекты с огромной скоростью двигались в противоположные стороны.
Это исследование подтверждает Теорию большого взрыва. Согласно теории, вся материя Вселенной изначально была сжата в точку с бесконечной плотностью. Это был не просто взрыв в космосе, это был взрыв самого космоса, в результате которого произошло бесконечное расширение материи. Получается, что у Вселенной не может быть центра, так как она бесконечна.
Прогресс не стоит на месте. То, что сегодня является истиной, завтра может стать заблуждением. Новые открытия уже смогли перевернуть известную веками картину мироздания. И, как оказалось, даже самые безумные предположения могут оказаться верными теориями, приближающими нас к раскрытию истины.
Древним людям Земля казалась огромной. Ведь никому не удавалось обойти ее пешком или даже объехать на коне. Поэтому и философы древности, размышляя об устройстве Вселенной, помещали Землю в ее центр. Все небесные тела, полагали они, вращаются вокруг Земли.
В современном мире, когда есть авиация и космические корабли, мысль о том, что наша планета вовсе не центр мироздания, никому не кажется крамольной.
Однако впервые эту идею высказал еще в III веке до н.э. Аристарх Самосский. К сожалению, почти все труды этого древнегреческого ученого утрачены и известны нам лишь в пересказе его современника Архимеда. Поэтому предположение о том, что Земля вращается вокруг Солнца (а не Солнце вокруг Земли), связывают обычно с именем польского астронома Николая Коперника, жившего в XV-XVI вв. Коперник расположил известные ему планеты Солнечной системы так: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн вращаются вокруг Солнца, а Луна — вокруг Земли. Но дальше за Сатурном Коперник поместил «сферу неподвижных звезд» — некую стену, замыкающую Вселенную. А предполагать, что находится за ней, Коперник не мог — для этого ему не хватало данных. Не стоит обвинять Коперника в близорукости, ведь телескоп, приблизивший к нам далекий космос, впервые использовал Галилей лишь сто лет спустя.
Древнегреческий ученый Птоломей разработал модель Вселенной, в которой Земля находилась в центре мироздания, а остальные небесные тела обращались вокруг нее.
Современная наука знает, что наше Солнце — одна из бесчисленных звезд во Вселенной, не самая большая, не самая яркая, не самая горячая, более того, Солнце находится вдали от центра нашей Галактики — гигантского скопления звезд, к которым относится и Солнце. И в этом нам повезло. Ведь иначе на Землю обрушивались бы такие потоки космических лучей, что жизнь на ней едва возникла бы. Вокруг Солнца вращаются 9 крупных планет, малые планеты — астероиды, кометы и совсем мелкие «камушки» — метеорные тела. Все это вместе образует Солнечную систему.
По современным представлениям, вокруг Солнца обращаются 9 крупных планет. 4 ближайшие к Солнцу — небольшие и твердые. Далее лежит пояс малых планет (астероидов), а за ним — планеты-гиганты, состоящие в основном из жидкостей и газов. Самая дальнаяя из известных планет Солнечной системы — Плутон — к тому же самая маленькая и самая холодная.
Земля — одна из 9 планет. Не самая большая, но и не самая маленькая, не самая близкая к Солнцу, но и не самая далекая. Крупнейшая планета — Юпитер. Его масса в 318 раз больше земной. Но у Юпитера нет твердой поверхности, по которой можно было бы ходить. Самая далекая от Солнца планета — Плутон почти в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Его поверхность твердая, ходить по ней было бы легко — Плутон меньше Луны, притягивает к себе слабо. Вот только холодно там: температура на 200-240°C ниже точки замерзания воды. При таких условиях не только вода, но и большинство газов становятся твердыми. Зато на Венере, нашей ближайшей соседке, температура выше +450°C. Получается, что Земля — единственная пока планета во Вселенной, подходящая для жизни.
От Земли до Солнца около 150 млн км. Много это или мало? Сравним это расстояние с размерами Солнца и Земли. Диаметр Солнца меньше примерно в 100 раз, а диаметр Земли — в 10000 раз. Это значит, что если мы изобразим Солнце кружком диаметром 1 см (с монету достоинством в 1 рубль), то Землю нам придется нарисовать на расстоянии 1 м (на другом конце большого стола), причем она будет едва заметной точной.
Любой человек, даже лежа на диване или сидя возле компьютера, находится в постоянном движении. Это непрерывное перемещение в космическом пространстве имеет самые разные направления и огромные скорости. В первую очередь, происходит перемещение Земли вокруг оси. Кроме того, совершается оборот планеты вокруг Солнца. Но и это еще не все. Куда более внушительные расстояния мы преодолеваем вместе с Солнечной системой.
Солнце является одной из звезд, находящихся в плоскости Млечного пути, или просто Галактики. Оно отдалено от центра на 8 кпк, а расстояние от плоскости Галактики составляет 25 пк. Звездная плотность в нашей области Галактики - примерно 0,12 звезд на 1 пк3. Положение Солнечной системы не является постоянным: она находится в постоянном перемещении относительно ближних звезд, межзвездного газа, и наконец, вокруг центра Млечного пути. Впервые движение Солнечной системы в Галактике было замечено Уильямом Гершелем.
Скорость передвижения Солнца к границе созвездий Геркулеса и Лиры составляет 4 а.с. в год, или 20 км/с. Вектор скорости направлен к так называемому апексу - точке, к которой также направлено движение других близлежащих звезд. Направления скоростей звезд, в т.ч. Солнца, пересекаются в противоположной апексу точке, называемой антиапексом.
Отдельно измеряется передвижение Солнца по отношению к ярким звездам, которые можно увидеть без телескопа. Это — показатель стандартного передвижения Солнца. Скорость такого передвижения составляет 3 а.е. в год или 15 км/с.
По отношению к межзвездному пространству Солнечная система двигается уже быстрее, скорость составляет 22-25 км/с. При этом, под действием «межзвездного ветра», который «дует» из южной области Галактики, апекс смещается в созвездие Змееносец. Сдвиг оценивается примерно в 50.
Солнечная система находится в движении относительно центра нашей Галактики. Она перемещается по направлению к созвездию Лебедя. Скорость составляет около 40 а.е. в год, или 200 км/с. Для полного оборота необходимо 220 млн. лет. Точную скорость определить невозможно, ведь апекс (центр Галактики) скрыт от нас за плотными облаками межзвездной пыли. Апекс смещается на 1,5° каждый миллион лет, и совершает полный круг за 250 млн. лет, или за 1 «галактический год.
Путешествие на край Млечного пути
Наша Галактика также не стоит на месте, а сближается с галактикой Андромеды со скоростью 100-150 км/с. Группа галактик, в которую входит и Млечный путь, движется к большому скоплению Девы со скоростью 400 км/с. Сложно себе представить, а еще сложнее рассчитать, как далеко мы перемещаемся каждую секунду. Расстояния эти — огромны, а погрешности в таких расчетах пока еще достаточно велики.
Солнечная система, на ней Земля похожа на маленькую точку, потому что только растояние до Солнца около 150 миллионов километров (а здесь оно выглядит небольшим отрезком). Уже на этих масштабах расстояние начинают измерять во времени, за проходит свет эти расстояния. 1 световая секунда равна 300 тысяч км.
Соседние звёзды. Расстояния между ближайшими звёздами много больше размеров звёздных систем. Самая близкая звезда к нашей – Альфа Центавра, до неё расстояние составляет около 4 световых лет. Это примерно 120 -130 миллионов световых секунд или около 40 триллионов километров.
Местная галактическая группа. Это гравитационно-связанная группа более 40 галактик рядом с нашей (обычно в неё включают около 50 -60 галактик). Гравитационная связанность означает, что их притяжение друг к другу существенно влияет на их движение. В космосе галактики не живут по одиночке, а всегда располагаются подобными группами. Характерное расстояние между галактиками в одной группе много больше размера одной галактики – миллионы световых лет. До ближайшей крупной галактики, Туманности Андромеды, 2 миллиона световых лет. На рисунке она справа от нашей. Ближе всего к нам две карликовые галактики– Большое и Маленькое Магеллановы облака, до них расстояние около 150 тысяч световых лет, на рисунке они изображены очень близко к нашей (справа внизу и слева внизу).
Местное галактическое суперскопление. Группы галактик собираются в суперскопления из рядом расположенных групп. Подробнее о надгалактических структурах будет в другой лекции. Суперскопления формируют галактические нити – нитеобразные и плоскообразные объекты, состоящие из скоплений галактик.
Ближайшие суперскопления. Галактические нити образуют ячеистую структуру вселенной. Стенки ячеек состоят из разных суперскоплений, а внутренности пустые. При увеличении масштаба вселенная напоминает пчелиные соты.
Наблюдаемая вселенная (метагалактика). Наблюдаемая вселенная много меньше всей вселенной, возникшей из большого взрыва. Судить о размерах всей вселенной, однако, довольно трудно и оценки её размера делают с помощью разных моделей Теории Большого Взрыва. Область, указанная на предыдущем рисунке, здесь выглядит как небольшая точка.
Теория большого взрыва. Почему ученые считают, что Вселенная началась со взрыва? Астрономы приводят три очень разные последовательности рассуждений, которые создают прочную основу для данной теории. Давайте рассмотрим их подробнее.
1. Наблюдаемое расширение вселенной. Открытие явления расширения Вселенной. Вероятно, самое убедительное доказательство теории Большого Взрыва вытекает из замечательного открытия, сделанного американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году. До этого большинство ученых считали Вселенную статичной - неподвижной и не меняющейся. Но Хаббл обнаружил, что она расширяется: группы галактик разлетаются одна от другой, так же как осколки разбрасываются в разных направлениях после космического взрыва. Очевидно, что если какие-то объекты разлетаются, то когда-то они были ближе один к другому. Прослеживая процесс расширения Вселенной назад во времени, астрономы пришли к выводу, что около 14 миллиардов лет назад. Вселенная представляла собой невероятно горячее и плотное образование, высвобождение огромной энергии из которого было вызвано взрывом колоссальной силы.
2. Реликтовое излучение. Открытие космического микроволнового фона. В 1940 -х годах физик Георгий Гамов понял, что Большой Взрыв должен был породить мощное излучение. Его сотрудники предположили также, что остатки этого излучения, охлажденные в результате расширения Вселенной, могут все еще существовать. В 1964 году Арно Пенциас и Роберт Вилсон из AT & Т Bell Laboratories , сканируя небо с помощью радиоантенны, обнаружили слабое равномерное потрескивание. То, что они сначала приняли за радиопомехи, оказалось слабым «шелестом» излучения, оставшегося после Большого Взрыва. Это однородное микроволновое излучение, пронизывающее все космическое пространство (его еще называют реликтовым излучением). Температура этого космического микроволнового фона (cosmic microwave background) в точности такая, какой она должна быть по расчетам астрономов (2, 73° по шкале Кельвина), если охлаждение происходило равномерно с момента Большого Взрыва. За свое открытие А. Пенциас и Р. Вилсон в 1978 году получили Нобелевскую премию по физике.
3. Изобилие гелия в космосе. Астрономы обнаружили, что по отношению к водороду количество гелия в космосе составляет 24 % (остальных химических элементов по имеющимся данным менее 2 % во вселенной). Причем ядерные реакции внутри звезд идут недостаточно долго для того, чтобы создать так много гелия. Но гелия как раз столько, сколько теоретически должно было образоваться во время Большого Взрыва. Содержание химических элементов определяется анализом излучения от космических объектов (в основном звёзд). Как оказалось, теория Большого Взрыва успешно объясняет явления, наблюдаемые в космосе, но остается только отправной точкой для изучения начального этапа развития Вселенной. Например, эта теория, несмотря на ее название, не выдвигает никаких гипотез об источнике «космического динамита», который и вызвал Большой Взрыв.
Если считать, что с момента Большого Взрыва до настоящего времени прошел 1 год, можно составить следующий календарь событий этого года: Новый Год, 1 января, 0 h 00 m 00 s — Большой Взрыв В тот же миг произошло возникновение Метагалактики 1 января, полдень образовались первые атомы Март образовались первые галактики Апрель Образовалась наша Галактика Июнь процесс образования галактик в основном завершился Сентябрь Возникновение Солнца Возникновение Солнечной системы Октябрь Возникновение жизни(микроорганизмы) Ноябрь Микробиоты, возникновение фотосинтеза Декабрь, 1 -5 Образование кислородной атмосферы 15 Первые многоклеточные 20 Возникновение беспозвоночных 26 Первые динозавры 27 Первые млекопитающие 28 Первые птицы 29 Вымирание динозавров 30 Первые приматы 31 декабря, 14 h Рамапитек 22 h 30 m Первые люди Новый год 1 января, 00 h 00 m 03 s — ХХ век.
Эволюция материи в Метагалактике: 1. Атомные ядра 2. Атомы 3. Молекулы (наиболее сложные молекулы межзвездной среды содержат до 13 атомов) 4. Пылинки, частицы вещества, содержащие до 100 атомов 5. Гигантские молекулы-полимеры 6. Одноклеточные живые организмы 7. Хордовые (позвоночные) 8. Человек
Сценарии судьбы вселенной. Варианты развития вселенной рассчитывают на основе общей теории относительности – современной теории гравитации. Вселенная рассматривается упрощённо как большой однородный расширяющийся шар. Такие модели предусматривают три варианта будущего – сжатие, замедляющееся расширение и ускоряющееся расширение. В настоящее время средняя плотность галактического вещества r г = 3× 10 -31 г/см 3 , однако масса каждой галактики много больше общей массы всех наблюдаемых в ней объектов. Видимое вещество составляет менее 5% плотности Метагалактики, а невидимое, «темное», неизвестной природы, – свыше 95%! В настоящее время установлено, что около 20 -25 % — это известные нам виды материи (молекулярные облака, остатки звёзд, карликовые звёзды, которые сложно увидеть и тому подобные объекты). А 75 % неизвестной массы составляет так «темная материя» , природа которой до сих пор неизвестна. Первые попытки изучения распределения скрытого вещества в пространстве Метагалактики показали, что оно неоднородно и обладает сложной волокноподобной структурой. Эти волокна обычно называют «волосами» . Будущее зависит от точного значения плотности вселенной и от величины тёмной энергии – энергии неизвестной природы, которая равномерно распределена в пространстве и усиливает расширение нашей вселенной. Известно, что если наши модели верны, то плотность нашей вселенной близка к критической (если она больше, то должно быть сжатие, если меньше – то замедляющееся расширение). Однако в последние десятилетия была открыта тёмная энергия, которая составляет около 75 % энергии всей вселенной, а оставшиеся 25 % приходятся на известные виды вещества (около 4 -5 %) и на тёмную материю (около 20 %). Тёмная энергия заставляет нашу вселенную расширяться с ускорением. Дальнейшая судьба нашей вселенной зависит от того, насколько велико это ускорение. Возможны 2 варианта – вечное ускоренное расширение и «конец света» . Во втором случае вселенная не будет существовать вечно, её материя, пространство и время полностью будут разрушены через некоторые время ускоренным расширением.
Как может произойти «конец света» ? Этот сценарий предполагает достижение бесконечной скорости расширения за конечное время. Это означает полное разрушение материи, пространства и времени нашей вселенной, чтобы понять, что это значит, надо знать, что было до Большого Взрыва. Первые признаки конца света будут видны небе – звёзды вначале покраснеют, а потом мы перестанем их видеть. Вначале это произойдёт с более удалёнными звёздами и галактиками, потом с находящимися рядом. Потом расширение достигнет такой скорости, чтобы начать отрывать Землю от Солнца, но замёрзнуть мы не успеем, так как начнёт разрушаться Земля. Дестабилизация земной коры и ядра вызовет массовые землетрясения, вулканическую активность, новые расколы земной коры. Нас будут ожидать массовые катаклизмы, связанные с этим – например, цунами, вызванные землетрясениями, огромные пожары из-за извержения вулканов. В конце концов жизнь на планете будет уничтожена в результате разрушения земной коры. Раскалённая лава выйдет на поверхность и всё сгорит, даже океаны испарятся. После этого распадётся даже вещество и атомы, пространство и время. Вся вселенная прекратит существование (возможно, вернётся в какое-то неизвестное нам состояние, которые было до Большого Взрыва). Если верна теория космической инфляции Линде (самая популярная на данный момент среди современных физиков-теоретиков), то Большой Взрыв – это просто возникновение пузыря в первичном вакууме, который постоянно «кипит» . Пузыри-вселенные всё время образуются (для каждой из них это момент Большого Взрыва) и распадаются, распад одного пузыря может описываться таким концом света.
> > > Где расположена Земля в Млечном Пути?Место Земли и Солнечной системы в галактике Млечный Путь : где находится Солнце и планета, параметры, расстояние от центра и плоскости, структура с фото.
Долгими веками ученые верили, что Земля выступает центром всей Вселенной. Несложно подумать, почему так произошло, ведь Земля находится в , и мы не могли заглянуть за ее пределы. Только столетние исследования и наблюдения помогли понять, что все небесные тела в системе совершают обороты вокруг главной звезды.
Сама система также вращается вокруг галактического центра. Хотя тогда люди не понимали и этого. Пришлось потратить еще определенный временной отрезок, чтобы догадаться о существовании множества галактик и определить место в нашей. Какое же место Земля занимает в галактике Млечный Путь?
Земля находится в галактике Млечный Путь. Мы живем в огромном и просторном месте, охватывающем в диаметре 100000-120000 световых лет и примерно 1000 световых лет в ширину. На территории проживает 400 миллиардов звезд.
Такие масштабы галактика получила благодаря необычному рациону – поглощала и продолжает подпитываться другими маленькими галактиками. Например, сейчас на обеденном столе находится Карликовая галактика в Большом Псе, чьи звезды присоединяются к нашему диску. Но если сравнивать с другими, то наша – средняя. Даже соседняя вдвое крупнее.
Структура
Планета проживает в галактике спирального типа с баром. Долгие годы думали, что присутствует 4 рукава, но последние исследования подтверждают лишь два: Щит-Центавра и Киль-Стрельца. Они появились из плотных волн, вращающихся вокруг галактики. То есть, это сгруппированные звезды и газовые облака.
Что насчет фото галактики Млечный Путь? Все они выступают художественными интерпретациями или же реальными снимками, но очень похожих на нашу галактик. Конечно, мы пришли к этому не сразу, так как никто не мог точно сказать, как она выглядит (мы ведь внутри нее).
Современные приборы позволяют насчитывать до 400 миллиардов звезд, каждая из которых может располагать по планете. 10-15% массы уходит на «светящуюся материю», а все остальное – звезды. Несмотря на огромнейший массив, для наблюдения нам открывается лишь 6000 световых лет в видимом спектре. Но здесь в игру вступает инфракрасные приборы, открывающие новые территории.
Вокруг галактики находится огромнейший ореол темной материи, охватывающий целые 90% всей массы. Никто пока не знает, что это такое, но ее присутствие подтверждает воздействие на другие объекты. Полагают, что она удерживает Млечный Путь от распада в процессе вращения.
Земля отдалена от галактического центра на 25000 световых лет и на столько же от края. Если представлять галактику как гигантскую музыкальную пластинку, то мы располагаемся на полдороге между центральной частью и краем. Если конкретнее, то занимаем местечко в рукаве Ориона между двумя главными рукавами. Он простирается на 3500 световых лет в диаметре и вытягивается на 10000 световых лет.
Видно, что галактика делит небеса на два полушария. Это говорит о том, что мы расположены близко к галактической плоскости. У Млечного Пути низкая поверхностная яркость из-за обилия пыли и газа, скрывающих диск. Это мешает не только рассмотреть центральную часть, но и заглянуть на другую сторону.
Система тратит 250 миллионов лет на то, чтобы обойти весь орбитальный путь – «космический год». В последний проход по Земле бродили динозавры. А что будет дальше? Может люди вообще вымрут или их заменит новый вид?
В общем, мы проживаем в огромном и удивительном месте. Новые знания заставляют привыкать к тому, что Вселенная намного больше всех предположений. Теперь вы знаете, где находится Земля в Млечном Пути.
