Реферат: Возникновение и эволюция Вселенной - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Возникновение и эволюция Вселенной

Банк рефератов / Астрономия, авиация, космонавтика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 63 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

По астрономии На тему: "Возникновение и эволюция вселенной" Павленко Ярослава МОУ СОШ №16 11 А класс План 1.Инфляционная теория возникновения Вселенной 2.Богословная теория возникновени я Вселенной 3.Возникновение и эволюция звезд 4. Возникновение и эволюция планет Узнав о теории Большого взрыва, я задал себе вопрос, откуда же взялось то, что взорв алось? Вопрос о происхождении Вселенной со всеми ее извес тными и пока неведомыми свойствами испокон веков волнует человека. Но то лько в ХХ веке, после обнаружения космологического расширения, вопрос о б эволюции Вселенной стал понемногу прояснятся. Последние научные данн ые позволили сделать вывод, что наша Вселенная родилась 15 миллионов лет наз ад в результате Большого взрыва. Но что именно взорвалось в тот момент и ч то, собственно, существовало до Большого взрыва, по-прежнему оставалось загадкой. Созданная в ХХ веке инфляционная теория появления нашего мир п озволила существенно продвинутся в разрешении этих вопросов , общая картина первых мгновений Вселенной сегодня уже неплохо прорисована, хотя многие пр облемы еще ждут своего часа. До начала прошлого века было всего два взгляда на происхождение нашей Вселенной. Ученые полагали, что она вечн а и неизменна, а богословы говорили, что Мир сотворен и у него будет конец. Двадцатый век, разрушив очень многое из того, что было создано в предыдущ ие тысячелетия, сумел дать свои ответы на большинство вопросов, занимавш их умы ученых прошлого. И быть может, одним из величайших достижений ушед шего века является прояснени е вопроса о том, как возникла Вселенная, в которой мы живем, и какие существуют гипотезы по поводу ее будущего. Простой астрономический факт — расширение нашей В селенной — привел к полному п ересмотру всех космогонических концепций и разработке новой физики — физики возникающих и исчез ающих миров. Всего 70 лет назад Э двин Хаббл обнаружил, что свет от более далеких галактик «краснее» света от более близких. Причем скорость разбегания оказа лась пропорциональна расстоя нию от Земли (закон расширения Хаббла). Обнаружить это удалось благодаря эффекту Доплера (зави симости длины волны света от с корости источника света). Поскольку более далекие галактики кажутся более «красными», то предположил и, что и удаляются они с больше й скоростью. Кстати, разбегаются не звезды и даже не отдельные галактики, а скопления галактик. Ближайшие от нас звезды и гала ктики связаны друг с другом гр авитационными силами и образуют устойчивые структуры. Причем в каком направлении ни посмотри, скоп ления галактик разбегаются о т Земли с одинаковой скоростью, и может показаться, что наша Галактика является центром Вселенной, однако это не так. Где бы ни нах одился наблюдатель, он будет в езде видеть все ту же картину — все галактики разбегаются от него. Но такой разлет вещества обязан иметь начало. Значит, все г алактики должны были родиться в одной точке. Расчеты показыва ют, что произошло это примерно 15 млрд. лет назад. В момент такого взрыва температура была очень большой, и должно было появиться очень м ного квантов света. Конечно, со временем все остывает, а кванты разлетаются по возникающему пространству, но отзвуки Большого взрыв а должны были сохраниться до н аших дней. Первое подтвержден ие факта взрыва пришло в 1964 году, когда американские радиоастрономы Р. Вильсон и А. Пензиас обнаружили реликтовое электромагнитное излучение с температурой около 3° по шкале Кельвина (– 270°С). Именно это открытие, неожиданное для ученых, убедило их в том, что Бо льшой взрыв действительно им ел место и поначалу Вселенная была очень горячей. Теория Большого взрыва позволила объяснить множес тво проблем, стоявших перед ко смологией. Но, к сожалению, а может, и к счастью, она же поставила и ряд новых вопросов. В частности: Что было до Большого взрыва? По чему наше пространство имеет нулевую кривизну и верна геометрия Евклида, которую изучают в школе? Если теория Большого взрыва справ едлива, то отчего нынешние раз меры нашей Вселенной гораздо больше предсказываемого теорией 1 сантиметра? Почему Вселенная на удивление однородна, в то врем я как при любом взрыве вещество разлетается в разные стороны крайне неравномерно? Что привело к нача льному нагреву Вселенной до невообразимой темпер атуры более 10 13 К? Все это указ ывало на то, что теория Большого взрыва неполна. Долгое время казалось, что продвинуться далее уже нево зможно. Только четверть века н азад благодаря работам российских физиков Э. Глинера и А. Старобинского, а также американца А.Гуса было описано новое явление — сверхбыстрое инфляционное р асширение Вселенной. Описание этого явления основывается на хорошо изученных разделах теоретическ ой физики — общей теории отно сительности Эйнштейна и квантовой теории поля. Сегодня считается общепринятым, что именно тако й период, получивший название «инфляция», предшествовал Большому взрыву. При попытке дать представление о сущности начального периода жизни Вселенной приходится опериро вать такими сверхмалыми и све рхбольшими числами, что наше воображение с трудом их воспринимает. Попробуем воспользовать ся некоей аналогией, чтобы пон ять суть процесса инфляции. Представим себе покрытый снегом горный склон, в который вкраплены разнородные мелкие предметы — камешки, ветки и кусочки льд а. Кто-то, находящийся на вершине этого склона, сделал небольшой снежок и пустил его катиться с горы. Дв игаясь вниз, снежок увеличива ется в размерах, так как на него налипают новые слои снега со всеми включениями. И чем больше размер снежка, тем быстрее он б удет увеличиваться. Очень скоро из маленького снежка он превратится в огромный ком. Если скло н заканчивается пропастью, то он полетит в нее со все более у величивающейся скоростью. Достигнув дна, ком ударится о дно пропасти и его составные части разлетят ся во все стороны (кстати, част ь кинетической энергии кома при этом пойдет на нагрев окружающей среды и разлетающегося снега). Теперь опишем основные положения теории, используя приведенную аналогию. Прежде всего физикам пришлось ввести гипотетическое поле, к оторое было названо «инфлатонным» (от слова «инфляция»). Это поле заполняло собой все пространство (в нашем случае — снег на склоне ). Благодаря случайным колебаниям оно принимало разные значения в произвольных пространственных о бластях и в различные моменты времени. Ничего существенного не происходило, пока случайно не образовалась однородная конфигурация этого поля размером более 10 - 33 см. Что же касается наблюдаемой нами Вселенной, то она в первые мгновения своей ж изни, по-видимому, имела размер 10 - 27 см. Предполагается , что на таких масштабах уже справедливы основные законы физики, известные нам сегодня, поэтому можно предсказать дальнейшее повед ение системы. Оказывается, что сразу после этого пространственная область, занятая флуктуацией (от лат. fluctuatio — «колебание », случайные отклонения наблю даемых физических величин от их средних значений), начинает очень быстро увеличиваться в размерах, а инфлатонное поле стремится з анять положение, в котором его энергия минимальна (снежный ком покатился). Такое расширение продолжается всего 10 - 35 секунд ы, но этого времени оказывает ся достаточно для того, чтобы диаметр Вселенной возрос как минимум в 10 27 раз и к окончанию инфляционного периода наша Вселенная приобрела размер примерно 1 см. Инфляция заканчивается, когд а инфлатонное поле достигает минимума энергии — дальше падать некуда. При этом накопившаяся кинетическая энергия переходит в энергию рождающихся и разлетающихся частиц, иначе гово ря, происходит нагрев Вселенн ой. Как раз этот момент и называется сегодня Большим взрывом. Гора, о которой говорилось выше, может иметь очень сложный рельеф— несколько разных минимумов, долины внизу и всякие хо лмы и кочки. Снежные комья (буд ущие вселенные) непрерывно ро ждаются наверху горы за счет флуктуаций поля. Каждый ком может скатиться в любой из минимумов, по родив при этом свою вселенную со специфическими параметрами. Причем вселенные могут существенно отличаться друг от друга. Свойст ва нашей Вселенной удивитель нейшим образом приспособлены к тому, чтобы в ней возникла разумная жизнь. Другим вселенным, возможно, повезло меньше. Еще раз хотелось бы подчеркнуть, что описанный процесс рождения Вселенной «практически из нич его» опирается на строго науч ные расчеты. Тем не менее у всякого человека, впервые знакомящегося с инфляционным механизм ом, описанным выше, возникает немало вопросов. Сегодня наша Вселенная состоит из большого числа звезд, не говоря уж о скрытой массе. И может показа ться, что полная энергия и мас са Вселенной огромны. И совершенно непонятно, как это все могло поместиться в первоначальном объеме 10 -99см 3. Однако в о Вселенной существует не только материя, но и гравитационное поле. Известно, что энергия последнего отрицательна и, как оказалось, в нашей Вселенной энергия гра витации в точности компенсирует энергию, заключенную в частицах, планетах, звездах и прочих мас сивных объектах. Таким образо м, закон сохранения энергии прекрасно выполняется, и суммарная энергия и масса нашей Вселенн ой практически равны нулю. Име нно это обстоятельство отчасти объясняет, почему зарождающаяся Вселенная тут же после появления не превратилась в огромную черн ую дыру. Ее суммарная масса была совершенно микроскопична, и вначале просто нечему было коллапсирова ть. И только на более поздних с тадиях развития появились локальные сгустки материи, способные создавать вблизи себя такие гравитационные поля, из которых н е может вырваться даже свет. С оответственно, и частиц, из которых «сделаны» звезды, на начальной стадии развития просто не сущ ествовало. Элементарные част ицы начали рождаться в тот период развития Вселенной, когда инфлатонное поле достигло миниму ма потенциальной энергии и на чался Большой взрыв. Область, занятая инфлатонным полем, разрасталась со скоростью, существенно большей скорости света, однако это нисколько не проти воречит теории относительности Эйнштейна. Быстрее света не могут двигаться лишь материальные те ла, а в данном случае двигалас ь воображаемая, нематериальная граница той области, где рождалась Вселенная (примером сверх светового движения является перемещение светового пятна по поверхности Луны при быстром вращении освещающего ее лазера ). Причем окружающая среда совсем не сопротивлялась расширению области пространства, охваченного все б олее быстро разрастающимся и нфлатонным полем, поскольку ее как бы не существует для возникающего Мира. Общая теория относительно сти утверждает, что физическа я картина, которую видит наблюдатель, зависит от того, где он находится и как движется. Так вот, описанная выше картина справедл ива для «наблюдателя», находя щегося внутри этой области. Причем этот наблюдатель никогда не узнает, что происходит вне то й области пространства, где он находится. Другой «наблюдатель», смотрящий на эту область снаружи, никакого расширения вовсе н е обнаружит. В лучшем случае о н увидит лишь небольшую искорку, которая по его часам исчезнет почти мгновенно. Даже самое изощренное воображение отказыва ется воспринимать такую карт ину. И все-таки она, по-видимому, верна. По крайней мере, так считают современные ученые, черпая уверенность в уже открытых за конах Природы, правильность которых многократно проверена. Надо сказать, что это инфлатонное поле и сейчас продолжает существовать и флуктуировать. Но только мы, внутренние наблюдатели, н е в состоянии этого увидеть — ведь для нас маленькая область превратилась в колоссальную Вселенную , границ которой не может дост игнуть даже свет. Итак, сразу после окончания инфляции гипотетический внутренний наблюдатель увидел бы Вселенную, зап олненную энергией в виде мате риальных частиц и фотонов. Если всю энергию, которую мог бы измерить внутренний наблюдатель, пер евести в массу частиц, то мы по лучим примерно 10 80 кг. Расстоян ия между частицами быстро уве личиваются из-за всеобщего расширения. Гравитационные силы притяжения между частицами уменьшают и х скорость, поэтому расширени е Вселенной после завершения инфляционного периода постепенно замедляется. Сразу после рождения Вселенная продолжала расти и охлаждаться. При этом охлаждение происходило в то м числе и благодаря банальном у расширению пространства. Электромагнитное излучение характеризуется длиной волны, которую м ожно связать с температурой — чем больше средняя длина волны излучения, тем меньше температура. Но если пространство расширяет ся, то будут увеличиваться и р асстояние между двумя «горбами» волны, и, следовательно, ее длина. Значит, в расширяющемся пространс тве и температура излучения д олжна уменьшаться. Что и подтверждает крайне низкая температура современного реликтового излучен ия. По мере расширения меняется и состав материи, напо лняющей наш мир. Кварки объеди няются в протоны и нейтроны, и Вселенная оказывается заполненной уже знакомыми нам элементарными частицами — протонами, нейтр онами, электронами, нейтрино и фотонами. Присутствуют также и античастицы. Свойства частиц и античастиц практически иден тичны. Казалось бы, и количество их должно быть одинаковым сразу после инфляции. Но тогда все частицы и античастицы взаимно ун ичтожились бы и строительного материала для галактик и нас самих не осталось бы. И здесь нам опять повезло. Природа позабо тилась о том, чтобы частиц было немного больше, чем античастиц. Именно благодаря этой небольшой разнице и существует наш м ир. А реликтовое излучение — это как раз последствие аннигиляции (то есть взаимоуничтожения) частиц и античастиц. Конечно, на нач альном этапе энергия излучен ия была очень велика, но благодаря расширению пространства и как следствие — охлаждению излуч ения эта энергия быстро убыва ла. Сейчас энергия реликтового излучения примерно в десять тысяч раз (10 4 раз) меньше энергии, заключенной в массивных элементарных частицах. Постепенно температура Вселенной упала д о 10 10 К. К этому моменту возр аст Вселенной составлял примерно 1 минуту. Только теперь протоны и нейтроны смо гли объединяться в ядра дейтерия, трития и гелия. Это происходило благодаря ядерным реакциям, которые люди уже хорошо изучи ли, взрывая термоядерные бомбы и эксплуатируя атомные реакторы на Земле. Поэтому можно уверен но предсказывать, сколько и ка ких элементов может появиться в таком ядерном котле. Оказалось, что наблюдаемое сейчас обилие легких элементов хорошо согл асуется с расчетами. Это означает, что известные нам физические законы одинаковы во всей наблюдаемой части Вселенной и были т аковыми уже в первые секунды п осле появления нашего мира. Причем около 98% существующего в природе гелия образовалось именно в перв ые секунды после Большого взр ыва. Сразу после рождения Вселенная проходила инфляционный период развития — все расстояния стремите льно увеличивались (с точки зр ения внутреннего наблюдателя). Однако плотность энергии в разных точках пространства не может быт ь в точности одинаковой — как ие-то неоднородности всегда присутствуют. Предположим, что в какой-то области энергия немного б ольше, чем в соседних. Но раз вс е размеры быстро растут, то и размер этой области тоже должен расти. После окончания инфляционного п ериода эта разросшаяся облас ть будет иметь чуть больше частиц, чем окружающее ее пространство, да и ее температура будет немного выше. Поняв неизбежность возникновения таких областей, сторонники инфляционной теор ии обратились к экспериментаторам: «необходимо обнаружить флуктуации температуры…» — констатировали они. И в 1992 году это пож елание было выполнено. Практи чески одновременно российский спутник «Реликт-1» и американский «COBE» обнаружили требуемые флуктуации температуры реликтового из лучения. Как уже говорилось, со временная Вселенная имеет температуру 2,7 К, а найденные учеными отклонения температуры от среднего составляли примерно 0,00003 К. Неуд ивительно, что такие отклонен ия трудно было обнаружить раньше. Так инфляционная теория получила еще одно подтверждение. С открытием колебаний температуры появилась еще одна захватывающая возможность — объяснит ь принцип формирования галак тики. Ведь чтобы гравитационные силы сжимали материю, необходим исходный зародыш — область с повышенной плотностью. Если м атерия распределена в пространстве равномерно, то гравитация, подобно Буриданову ослу, не знает, в како м направлении ей действовать. Но как раз области с избытком э нергии и порождает инфляция. Теперь гравитационные силы знают, на что воздействовать, а именно, на более плотные области, создан ные во время инфляционного периода. Под действием гравитации эти изначально чуть-чуть более плотные области будут сжиматься и име нно из них в будущем образуются звезды и галактики. Современный нам момент эволюции Вселенной крайне удачно приспособлен для жизни, и длиться он буд ет еще много миллиардов лет. Зв езды будут рождаться и умирать, галактики вращаться и сталкиваться, а скопления галактик — улетать все дальше друг от друга. Поэто му времени для самосовершенс твования у человечества предостаточно. Правда, само понятие «сейчас» для такой огромной Вселенной, ка к наша, плохо определено. Так, н апример, наблюдаемая астрономами жизнь квазаров, удаленных от Земли на 10— 14 млрд. световых лет, отстоит от нашего «сейчас» как раз на те самые 10— 14 млрд. лет. И чем дальше в глубь Вселенной мы заг лядываем с помощью различных телескопов, тем более ранний период ее развития мы наблюдаем. Сегодня ученые в состоянии объяснить большинство свойств нашей Вселенной, начиная с момента в 10 -42 секунды и до настоящего времени и даже далее. Они могут также проследить образование галак тик и довольно уверенно предсказать будущее Вселенной. Тем не менее ряд «мелких» непонятностей еще остается. Это прежде всего — сущность скрытой массы (темной материи) и темной энергии. Кроме того, существует много моделей, объясняющих, почему наша Вселенн ая содержит гораздо больше ча стиц, чем античастиц, и хотелось бы определиться в конце концов с выбором одной правильной модел и. Как учит нас история науки, обычно именно «мелкие недоделки» и открывают дальнейшие пути развития, так что будущим поколениям учены х наверняка будет чем заняться. Кроме того, более глубокие вопросы тоже уже стоят на повестке дня физ иков и математиков. Почему наш е пространство трехмерно? Почему все константы в природе словно «подогнаны» так, чтобы возникла разумная жизнь? И что же такое г равитация? Ученые уже пытаются ответить и на эти вопросы. Ну и конечно, оставим место для неожиданностей. Не надо забывать, что такие основополагающие открытия, как расшир ение Вселенной, наличие релик товых фотонов и энергия вакуума, были сделаны, можно сказать, случайно и не ожидались ученым сообществом. Возможные сценарии развития нашего мира 1. Пульсирующая модель Вселенной, при которой вслед за периодом расширен ия наступает период сжатия и все заканчивается Большим хлопком 2. Вселенная со строго подогнанной средней плотностью, в точности равной критической. В этом случае наш мир Евклидов, и его расширение все время за медляется 3. Равномерно расширяющаяся по инерции Вселенная. Именно в пользу такой о ткрытой модели мира до последнего времени свидетельствовали данные о п одсчете средней плотности нашей Вселенной 4. Мир, расширяющийся со все нарастающей скоростью. Новейшие эксперимент альные данные и теоретические изыскания говорят о том, что Вселенная раз летается все быстрее, и несмотря на евклидовость нашего мира, большая ча сть галактик в будущем будет нам недоступна. И виновата в столь странном устроении мира та самая темная энергия, которую сегодня связали с некоей внутренней энергией вакуума, заполняющего все пространство Что же ждет н ашу Вселенную в дальнейшем? Еще несколько лет назад у теоретиков в этой связи имелись всего две возмо жности. Если плотность энерги и во Вселенной мала, то она будет вечно расширяться и постепенно остывать. Если же плотность энергии больше некоторого критическо го значения, то стадия расширения сменится стадией сжатия. Вселенная будет сжиматься в размера х и нагреваться. Значит, одним из ключевых параметров, опред еляющим развитие Вселенной, является средняя плотность энергии. Так вот, астрофизические наблюд ения, проводимые до 1998 года, гов орили о том, что плотность энергии составляет примерно 30% от критического значения. А инфляционные мо дели предсказывали, что плотн ость энергии должна быть равна критической. Апологетов инфляционной теории это не очень смущало. Они отмахивались от оппо нентов и говорили, что недоста ющие 70% «как-нибудь найдутся». И они действительно нашлись. Это большая победа теории инфляции, хотя на йденная энергия оказалась та кой странной, что вызвала больше вопросов, чем ответов. Похоже, что искомая темная энергия — это энер гия самого вакуума. В представлении людей, не связанных с физикой, вакуум — «это когда ничего нет» — ни вещества, ни част иц, ни полей. Однако это не совс ем так. Стандартное определение вакуума — это состояние, в котором отсутствуют частицы. Поскольку эн ергия заключена именно в част ицах, то, как резонно полагали едва ли не все, включая и ученых, нет частиц — нет и энергии. Значит, энергия вакуума равна нулю. Вся эт а благостная картина рухнула в 1998 году, когда астрономические наблюдения показали, что разбегание галактик немножко отклоняе тся от закона Хаббла. Вызванны й этими наблюдениями у космологов шок длился недолго. Очень быстро стали публиковаться стать и с объяснением этого факта. Са мым простым и естественным из них оказалась идея о существовании положительной энергии вакуума. Ведь вакуум, в конце концов, означае т просто отсутствие частиц, но почему лишь частицы могут обладать энергией? Обнаруженная темная энергия оказалась распределе нной в пространстве на удивление однородно. Подобную однородность трудно осуществить, ведь ес ли бы эта энергия была заключе на в каких-то неведомых частицах, гравитационное взаимодействие заставляло бы их собраться в грандиозные конгломераты, под обные галактикам. Поэтому эне ргия, спрятанная в пространстве-вакууме, очень изящно объясняет устроение нашего мира. Однако возможны и другие, более экзотические, варианты мироустроения. Например, модель Квинтэс сенции, элементы которой были предложены советским физиком А.Д. Долговым в 1985 году, предполагает, что мы все еще скатываемся с той самой горки, о которой говорилось в начале нашего повествовани я. Причем катимся мы уже очень долго, и конца этому процессу не видно. Необычное название, позаимствованное у Аристотеля, обознач ает некую «новую сущность», пр изванную объяснить, почему мир устроен так, а не иначе. Сегодня вариантов ответа на вопрос о будущем нашей Вселенной стало значительно больше. И они существе нно зависят от того, какая теор ия, объясняющая скрытую энерг ию, является правильной. Предположим, что верно простейшее объяснение, при котором энергия вакуума положительна и не меняется со временем. В этом случае Вселен ная уже никогда не сожмется и нам не грозит перегрев и Большой хлопок. Но за все хорошее приходится платить. В этом случае, как пока зывают расчеты, мы в будущем ни когда не сможем достигнуть всех звезд. Более того, количество галактик, видимых с Земли, будет уменьшаться, и через 10— 20 млрд. лет в ра споряжении человечества оста нется всего несколько соседних галактик, включая нашу — Млечный Путь, а также соседнюю Андромеду. Человечество уже не см ожет увеличиваться количеств енно, и тогда придется заняться своей качественной составляющей. В утешение можно сказать, что несколько сотен миллиардов звезд , которые будут нам доступны в столь отдаленном будущем, — это тоже немало. Впрочем, понадобятся ли нам звезды? 20 миллиардов лет — большой срок. Ведь всего за несколько со т миллионов лет жизнь развила сь от трилобитов до современного человека. Так что наши далекие потомки, возможно, будут по внеш нему виду и возможностям отли чаться от нас еще больше, чем мы от трилобитов. Что же сулит им еще более отдаленное будущее, по прогнозам современных ученых ? Ясно, что звезды будут тем или иным способом «умирать», но будут образовываться и новые. Этот процесс тоже не бесконечен — примерно ч ерез 10 14 лет, по предположению ученых, во Вселенной оста нутся только слабосветящиеся объекты — белые и темные карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Почти все они также погибнут через 10 37 лет, ис черпав все запасы своей энергии. К этому моменту останутся лишь черные дыры, поглотившие всю осталь ную материю. Что может разруши ть черную дыру? Любые наши попытки сделать это лишь увеличивают ее массу. Но «ничто не вечно под Луной ». Оказывается, черные дыры мед ленно, но излучают частицы. Зна чит, их масса постепенно уменьшается. Все черные дыры тоже должны исчезнуть примерно через 10 100 лет. После этого останутся лишь элементарные частицы, ра сстояние между которыми буде т намного превосходить размеры современной Вселенной (примерно в 10 90 раз) — ведь все это время Вселенна я расширялась! Ну и, конечно, останется энергия ваку ума, которая будет абсолютно д оминировать во Вселенной. Кст ати, свойства такого пространства впервые изучил В. Д е Ситте р еще в 1922 году. Так что нашим потомкам предстоит либо изменить физические законы Вселенной, либо перебр аться в другие вселенные. Сейч ас это кажется невероятным, но хочется верить в могущество человечества, как бы оно, человечество, ни выглядело в столь отдаленном будущем. Потому что времени у н его предостаточно. Кстати, возможно, что уже и сейчас мы, сами того не ведая, создаем новые вселен ные. Для того чтобы в очень мал енькой области возникла новая вселенная, необходимо инициировать инфляционный процесс, кот орый возможен только при высо ких плотностях энергий. А ведь экспериментаторы уже давно создают такие области, сталкивая частиц ы на ускорителях… И хотя эти эн ергии еще очень далеки от инфляционных, вероятность создания вселенной на ускорителе уже не равна нулю. К сожалению, мы явл яемся тем самым «удаленным наблюдателем», для которого время жизни этой «рукотворной» вселенной сли шком мало, и внедриться в нее и посмотреть, что там происходит, мы не можем... Хотя это не единственная теория возникновения Мира. Бог ословы считали, что Вселенная создана Богом, Творцом. Пр ичем у разных народов существовали разные теории, например библейская т еория. Создание мира происходило шесть дней. В первый день "Вначале бог сотворил небо и землю. Зем ля же была бездонна и пуста, и тьма над бездною … " , потом сказал Бог : "Да будет свет!" Во второй день Бог сказал :"Да будет твер дь посреди воды, и да отделяет она воду от воды!" В третий день Бог сказал:" Да соберётся вода, которая под небом в одно место, и да явится суша!" Настал четвертый день, Бог сказал:"Да будут светила на тверди небесной, дл я отделения дня и ночи, и для знамений и времен, и дней и годов ; и да будут они светильниками на тверди небес ной, что бы светить на Землю!" Это означало о появлении Сол нца, Луны и звезд. В пяты день Бог создал пресмыкающихся, животных, рыб и "всякую птицу перна тую", а в шестой день создал первого человека. Из другой священной книги— Корана — тоже можно узнать о шестидневном сотворении Мира, о то м, как Бо г ( Аллах) создал "семь небес" и "сем ь земель", причем сначала небеса и земли были соединены, а потом разъединились. Инфляционная и бо гословная теории наиболее распространены на Земле, и всегда будут сторо нники той или иной теории. Я бы хотел ближе рассмотреть тему происхожден ия и эволюции звезд и планет. Обсуди м подробнее, что представляют собой звезды - эти светящиеся точки на небо склоне - в свете современной концепции. Сначала формируется протозвезда. Частицы гигантского движущегося газо пылевого облака в некоторой области пространства притягиваются между собой за счет гравитационных сил. Происходит это очень медленно, ведь си лы, пропорциональные массам входящих в облако атомов (в основном атомов водорода) и пылинок, чрезвычайно малы. Однако постепенно частицы сближаю тся, плотность облака нарастает, оно становится непрозрачным, образующи йся сферический "ком" начинает понемногу вращаться, растет и сила притяж ения, ведь теперь масса "кома" велика. Все больше и больше частиц захватыва ется, все больше плотность вещества. Внешние слои давят на внутренние, да вление в глубине растет, а, значит, растет и температура. (Именно так обсто ит дело с газами, которые были подробно изучены на Земле). Наконец, темпера тура становится такой большой - несколько миллионов градусов, - что в ядре этого образующегося тела создаются условия для протекания ядерной реа кции синтеза: водород начинает превращаться в гелий. Об этом можно узнать, регистрируя потоки нейтри но - элементарных частиц, выделяющихся при такой реакции. Реакция сопров ождается мощным потоком электромагнитного излучения, которое давит (си лой светового давления, впервые измеренной в Земной лаборатории П.Лебед евым) на внешние слои вещества, противодействуя гравитационному сжатию. Наконец, сжатие прекращается, поскольку давления уравновешиваются, и пр отозвезда становится звездой. Чтобы пройти эту стадию своей эволюции пр отозвезде нужно несколько миллионов лет, если ее масса больше солнечной , и несколько сот миллионов лет, если ее масса меньше солнечной. Звезд, мас сы которых меньше солнечной в 10 раз, очень мало. Масса является одной из важных характеристик звезд. Любопытно отметить, что довольно распространены двойные звезды - образующиеся вблизи друг д руга и вращающиеся вокруг общего центра. Их насчитывается от 30 до 50 процен тов от общего числа звезд. Возникновение двойных, вероятно, связано с рас пределением момента количества движения исходного облака. Если у такой пары образуется планетная система, то движение планет может быть доволь но замысловатым, а условия на их поверхностях будут сильно изменяться в зависимости от расположения планеты на орбите по отношению к светилам. В есьма возможно, что стационарных орбит, вроде тех, что могут существоват ь в планетных системах одинарных звезд (и существуют в Солнечной системе ), не окажется совсем. Обычные, одинарные звезды в процессе своего образов ания начинают вращаться вокруг своей оси. Другой важной характеристикой является радиус звезды. Существуют звез ды - белые карлики, радиус которых не превышает радиуса Земли, существуют и такие - красные гиганты, радиус которых достигает радиуса орбиты Марса. Химический состав звезд по спектроскопическим данным в среднем такой: н а 10000 атомов водорода приходится 1000 атомов гелия, 5 атомов кислорода, 2 атома а зота, 1 атом углерода, остальных элементов еще меньше. Из-за высоких темпер атур атомы ионизируются, так что вещество звезды является в основном вод ородно-гелиевой плазмой - в целом электрически нейтральной смесью ионов и электронов. В зависимости от массы и химического состава исходного обл ака образовавшаяся звезда попадает на тот или иной участок, так называемой главной последовательност и на диаграмме Герцшпрунга-Рессела. Последняя пред ставляет собой координатную плоскость, на вертикальной оси которой отк ладывается светимость звезды (т.е. количество энергии, излучаемой ей в ед иницу времени), а на горизонтальной - ее спектральный класс (характеризую щий цвет звезды, который в свою очередь зависит от температуры ее поверх ности ) . При эт ом "синие" звезды более горячие, чем "красные", а наше "желтое" Солнце имеет п ромежуточную температуру поверхности порядка 6000 градусов) (рис.2). Традици онно спектральные классы от горячих к холодным обозначаются буквами O,B,A,F,G,K,M , при этом каждый класс делится на десять подклассов. Так, наше Солнце имеет спектральный класс G2. На диаг рамме видно, что большинство звезд располагается вдоль плавной кривой, и дущей из левого верхнего угла в правый нижний. Это и есть главная последо вательность. Наше Солнце также находится на ней. По мере "выгорания" водор ода в центре звезды ее масса немного меняется и звезда немного смещается вправо вдоль главной последовательности. Звезды с массами порядка солн ечной находятся на главной последовательности 10-15 млрд. лет (наше Солнце н аходится на ней уже около 4,5 млрд. лет). Постепенно энергии в центре звезды в ыделяется все меньше, давление падает, ядро сжимается, и температура в не м возрастает. Ядерные реакции протекают теперь только в тонком слое на г ранице ядра внутри звезды. В результате звезда в целом начинает "разбуха ть", а ее светимость увеличиваться. Звезда сходит с главной последовател ьности и перебирается в правый верхний угол диагра ммы Герцшпрунга-Рессела, превращаясь в так называе мый "красный гигант". После того, как температура сжимающегося (теперь уже гелиевого) ядра красного гиганта достигнет 100-150 млн. градусов, начинается н овая ядерная реакция синтеза - превращение гелия в углерод. Когда и эта ре акция исчерпает себя, происходит сброс оболочки - существенная часть мас сы звезды превращается в планетарную туманность. Горячие внутренние сл ои звезды оказываются "снаружи", и их излучение "раздувает" отделившуюся о болочку. Через несколько десятков тысяч лет оболочка рассеивается, и ост ается небольшая очень горячая плотная звезда. Медленно остывая, она пере ходит в левый нижний угол диаграммы и превращается в "белый карлик". Белые карлики, по-видимому, представляют собой заключительный этап нормально й эволюции большинства звезд. Но встречаются и аномалии. Некоторые звезды время от времени вспыхивают , превращаясь в новые звезды. При этом они каждый раз теряют порядка сотой доли процента своей массы. Из хорошо известных звезд можно упомянуть нов ую в созвездии Лебедя, вспыхнувшую в августе 1975 года и пробывшую на небосв оде несколько лет. Но иногда случаются и вспышки сверхновых - катастрофи ческие события, ведущие к полному разрушению звезды, при которых за коро ткое время излучается энергии больше, чем от миллиардов звезд той галакт ики, к которой принадлежит сверхновая. Такое событие зафиксировано в кит айских хрониках 1054 года: на небосводе появилась такая яркая звезда, что ее можно было видеть даже днем. Результат этого события известен нам теперь как Крабовидная туманность (рис.3), "медленное" распространение которой по небу мы наблюдаем в последние 300 лет. Скорость разлета ее газов в результа те взрыва составляет порядка 1500 м/с, но она находится очень далеко. Сопоста вляя скорость разлета с видимым размером Крабовидной туманности, мы мож ем рассчитать время, когда она была точечным объектом, и найти его место н а небосклоне - эти время и место соответствуют времени и месту появления звезды, упомянутой в хрониках. Если масса звезды, оставшейся после сброса оболочки "красным гигантом" п ревосходит солнечную в 1,2-2,5 раза, то, как показывают расчеты, устойчивый "бе лый карлик" образоваться не может. Звезда начинает сжиматься, и ее радиус достигает ничтожных размеров в 10 км, а плотность вещества такой звезды пр евышает плотность атомного ядра. Предполагается, что такая звезда состо ит из плотно упакованных нейтронов, поэтому она так и называется - нейтро нная звезда. Согласно этой теоретической модели у нейтронной звезды име ется сильное магнитное поле, а сама она вращается с огромной скоростью - н есколько десятков или сотен оборотов в секунду. И только обнаруженные (и менно в Крабовидной туманности) в 1967 году пульсары - точечные источники им пульсного радиоизлучения высокой стабильности - обладают как раз таким и свойствами, каких следовало ожидать от нейтронных звезд. Наблюдаемое я вление подтвердило концепцию. Если же оставшаяся масса еще больше, то гравитационное сжатие неудержим о сжимает вещество и дальше. Вступает в действие одно из предсказаний об щей теории относительности, согласно которому вещество сожмется в точк у. Это явление называется гравитационным коллапсом, а его результат - "чер ной дырой". Это название связано с тем, что гравитационная масса такого об ъекта настолько велика, силы притяжения настолько значительны, что не то лько какое-либо вещественное тело не может покинуть окрестность черной дыры, но даже свет - электромагнитный сигнал - не может ни отразиться, ни вы йти "наружу". Таким образом, непосредственно наблюдать черную дыру невоз можно, можно лишь догадаться о ее существовании по косвенным эффектам. Д вигаясь в пространстве по направлению к черной дыре (о которой мы пока ни чего не знаем), можно обнаружить, что рисунок созвездий, расположенных пр ямо по курсу начинает меняться. Это связано с тем, что свет, идущий от звез д и проходящий неподалеку от черной дыры, отклоняется ее тяготением. По м ере приближения к дыре возникнет пустая область, окруженная светящимис я точками-звездами, в том числе и такими, которых раньше не наблюдалось. Св ет от некоторых звезд может, проходя мимо дыры, поворачивать вокруг нее, а затем попадать в приемные устройства наблюдателя. Таким образом, одна зв езда может давать несколько изображений в разных местах. Все это, конечн о, противоречит как нашему жизненному опыту, так и классическим представ лениям, согласно которым свет распространяется прямолинейно. Однако в п ользу существования черных дыр говорит целый ряд косвенных астрономич еских наблюдений, а отклонение света под действием гравитационного при тяжения регистрируется уже при прохождении луча мимо такого "нормально го" объекта, как Солнце. Теперь можно перейти к теме возникновения планет. Движение пла нет в Солнечной системе упорядочение: они вращаются вокруг Солнца в одно м направлении и почти в одной плоскости. Расстояния от одной планеты до д ругой возрастают закономерно. Орбиты планет близки к окружностям, что и позволяет им вращаться вокруг Солнца миллиарды лет, не сталкиваясь друг с другом. Если движение планет подчиняется одному и тому же порядку, то и процесс и х образования должен быть единым. Это показали в XVIII в. Иммануил Кант и Пьер Лаплас. Они пришли к выводу, что на месте планет вокруг Солнца первоначал ьно вращалась туманность из газа и пыли. Но откуда взялась эта туманность? И каким образом газ и пыль превратилис ь в крупные планетные тела? Эти вопросы оставались нерешёнными в космого нии XIX и начала XX в. Камнем преткновения была и проблема момента количества движения планет. Масса всех планет системы в 750 раз меньше массы Солнца. Пр и этом на долю Солнца приходится лишь 2% общего момента количества движен ия, а остальные 98% заключены в орбитальном вращении планет. Вплотную этими проблемами наука занялась лишь во второй половине XX в. Поч ти до конца 80-х гг. раннюю историю нашей планетной системы приходилось "во ссоздавать" лишь на основе данных о ней самой. И только к 90-м гг. стали досту пны для наблюдений невидимые ранее объекты - газопылевые диски, вращающи еся вокруг некоторых молодых звёзд, сходных с Солнцем. Газопылевую туманность, в которой возникли планеты, их спутники, мелкие твёрдые тела - метеориты , астероиды и кометы, называют протопланетным (или допланет ным ) облаком. Планеты вращаются вокру г Солнца почти в одной плоскости, а значит, и само газопылевое облако имел о уплощённую, чечевицеобразную форму, поэтому его называют ещё диском. Учёные полагают, что и С олнце, и диск образовались из одной и той же вращающейся массы межзвёздн ого газа - протосолнечной туманности. Начальная фаза протосолнечной туманности - предмет исследования астро физики и звёздной космогонии. Изучение же её эволюции, приведшей к появл ению планет, - центральная задача космогонии планетной. Возраст Солнца насчитывает чуть меньше 5 млрд. лет. Возраст древнейших метеоритов почти такой же: 4,5-4,6 млрд. лет. Столь же стары и рано затвердевшие части лунной коры. Поэтому принято считать, что Земля и дру гие планеты сформировались 4,6 млрд. лет назад. Солнце относится к звёздам так называемого второго поколения Галактики. Самые старые её звёзды значительно (на 8-10 млрд. лет) старше Солнечной системы. В Гал актике есть и молодые звёзды, которым всего 100 тыс. - 100 млн лет (для звезды это совсем юный возраст). Многие из них похожи на Солнце, и по ним можно судить о начальном состоянии нашей системы. Наблюдая несколько десятков подоб ных объектов, учёные пришли к следующим выводам. Размер допланетного облака Солнечной системы должен был превышать рад иус орбиты последней планеты - Плутона. Химический состав молодого Солнц а и окружавшего его газопылевого облака-диска, по-видимому, был одинаков. Общее содержание водорода и гелия достигало в нём 98%. На долю всех остальн ых, более тяжёлых элементов приходилось лишь 2%; среди них преобладали лет учие соединения, включающие углерод, азот и кислород: метан, аммиак, вода, углекислота. Д ругими методам и и в других отраслях знания. Расчёты показывают, что в пределах орбиты Плутона, т. е. диска радиусом 40 а. е., общая масса всех планет вместе с утерянными к настоящему времени лету чими веществами должна была составлять 3-5% от массы Солнца. Такую модель о блака называют облаком умеренно малой массы, она подтверждается и наблю дениями околозвёздных дисков. Если бы масса облака была сопоставима с массой центрального тела, то дол жна была бы образоваться звезда - компаньон Солнца (или же надо найти объя снение выбросу огромных излишков вещества из Солнечной системы). Наименее изучена самая ранняя стадия - выделение протосолнечной туманн ости из гигантского родительского молекулярного облака, принадлежащег о Галактике. В 40-х гг. академик Отто Юльевич Шмидт выдвинул ставшую общепринятой гипотезу об образовании З емли и других планет из холодных твёрдых допланетных тел - плане тезымалей . Распро странённая ранее точка зрения, что планеты"- это небольшие остатки неког да раскалённых гигантских газовых сгустков солнечного состава, потеря вших летучие вещества, пришла в противоречие с науками о Земле. Земля, как показывают исследования, никогда не проходила через огненно-ж идкое, т. е. полностью расплавленное состояние. Исследуя шаг за шагом эвол юцию допланетного диска, учёные получили последовательность основных этапов развития газопылевого диска, окружавшего Солнце, в систему плане т. Первоначальный размер облака превышал современный размер планетной си стемы, а его состав соответствовал тому, который наблюдается в межзвёздн ых туманностях: 99% газа и 1% пылевых частиц размерами от долей микрометра до сотен микрометров. Во время коллапса, т. е. падения газа с пылью на централ ьное ядро (будущее Солнце), вещество сильно разогревалось, и межзвёздная пыль могла частично или полностью испариться. Таким образом, на первой с тадии облако состояло почти целиком из газа, притом хорошо перемешанног о благодаря высокой турбулентности - разнонаправленному, хаотичному дв ижению частиц. По мере формирования диска турбулентность стихает. Это занимает немног о времени - около 1000 лет. При этом газ охлаждается и в нём вновь образуются т вёрдые пылевые частицы. Таков первый этап эволюции диска. Для остывающего допланетного облака характерно очень низкое давление - менее десятитысячной доли атмосферы. При таком давлении вещество из газ а конденсируется непосредственно в твёрдые частички, минуя жидкую фазу. Первыми конденсируются самые тугоплавкие соединения кальция, магния, а люминия и титана, затем магниевые силикаты, железо и никель. После этого в газовой среде остаются лишь сера, свободный кислород, азот, водород, все и нертные газы и некоторые летучие элементы. В процессе конденсации становятся активными пары воды, окисляющие желе зо и образующие гидраризованные с оединения. Основные же космические элементы - водород и гелий - остаются в газообразной форме. Для их конденсации потребовались бы температуры, бл изкие к абсолютному нулю, ни при каких условиях недостижимые в облаке. Химический состав пылинок в допланетном диске определялся температуро й, которая падала по мере удаления от Солнца. К сожалению, рассчитать изме нение температуры в допланетном облаке очень трудно. Химический состав планет земной группы показывает, что они состоят в основном из веществ, к онденсировавшихся при высоких температурах. В составе ближней части по яса астероидов преобладают каменистые тела. По мере удаления от Солнца в поясе астероидов увеличивается число тел, которые содержат обогащённы е водой минералы и некоторые летучие вещества. Их удалось обнаружить в м етеоритах, являющихся осколками астероидов. Среди малых планет, по-видим ому, нет или очень немного ледяных тел. Следовательно, граница конденсац ии водяного льда должна была проходить за ними, не ближе внешнего края по яса астероидов - в три с лишним раза дальше от Солнца, чем Земля. В то же время крупнейшие спутники Юпитера - Ганимед и Кал ли сто - наполовину состоят из в оды. Они находятся на гораздо большем расстоянии от Солнца, чем пояс асте роидов. Значит, водяной лёд конденсировался во всей зоне образования Юпи тера. Начиная с орбиты Юпитера и дальше в допланетном облаке должны были преобладать ледяные пылинки с вкраплениями более тугоплавких веществ. В области внешних планет, при ещё более низкой температуре, в составе пыл инок оказались льды метана, аммиака, твёрдая углекислота и другие замёрз шие летучие соединения. Подобный состав в настоящее время имеют кометные ядра, залетающие в окрестно сти Земли с далёкой периферии Солнечной системы. Первые конденсаты - пылинки, льдинки - сразу после своего появления начин али двигаться сквозь газ к центральной плоскости облака. Чем крупнее был и частицы, тем быстрее они оседали, так как при своём движении более крупн ые частицы (в отличие от мелких) встречают меньшее сопротивление газа на единицу их массы. На втором этапе завершалось образование тонкого пылевого слоя - пылевог о субдиска - в центральной плоскости облака. Расслоение облака сопровожд алось увеличением размеров частиц до нескольких сантиметров. Сталкива ясь друг с другом, частицы слипались, при этом скорость их движения к цент ральной плоскости увеличивалась и рост тоже ускорялся. В некоторый момент плотность пыли в субдиске приблизилась к критическо му значению, превысив плотность газа уже в десятки раз. При достижении кр итической плотности пылевой слой делается гравитационно неустойчивым . Даже очень слабые уплотнения, случайно возникающие в нём, не рассеивают ся, а, наоборот, со временем сгущаются. Сначала в нём могла образоваться си стема колец, которые, уплотняясь, также теряли свою устойчивость и на тре тьем этапе эволюции диска распадались на множество отдельных мелких сг устков. Из-за вращения, унаследованного от вращающегося диска, эти сгуст ки не могут сразу сжаться до плотности твёрдых тел. Но, сталкиваясь друг с другом, они объединяются и всё более уплотняются. На четвёртом этапе обр азуется рой допланетных тел размером около километра; первоначальное ч исло их достигает многих миллионов. Описанный путь образования тел возможен, если пылевой субдиск очень пло ский: его толщина должна быть во много раз меньше диаметра. Такие объекты существуют и ныне, например кольца Сатурна. Другой путь формирования допланетных тел помимо гравитационной конден сации - это их прямой рост при столкновениях мелких частиц. Они могут слип аться лишь при небольших скоростях соударений, при достаточно разрыхлё нной поверхности контакта или в случае повышенной силы сцепления. Такие тела, каким бы из двух путей они ни возникли, послужили строительны м материалом для формирования планет, спутников и метеорных тел. Учёные предполагают, что допла нет ные тела, образовавшиеся на периферии облака при очень низкой температу ре, сохранились до сих пор в кометном облаке, куда они были заброшены грав итационными возмущениями планет-гигантов. Образование допланетных тел в газопылевом облаке продолжалось десятки тысяч лет - крайне незначительный срок в космогони ческой шкале времени. Дальнейшее объединение тел в планеты - аккумуляция планет - гораздо более длительный процесс, занявший сотни миллионов лет. Детально восстановить его очень трудно: последующая геологическая ста дия, длящаяся уже более 4 млрд. л ет, к настоящему времени стёрла особенности начального состояния плане т. Допланетный рой представлял собой сложную систему большого числа тел планетезималей . Они обладали неодинаковыми массами и двигались с разными ско ростями. Помимо общей для всех тел на данном расстоянии от Солнца скорос ти обращения по орбите эти тела имели дополнительные индивидуальные ск орости со случайно распределёнными направлениями. В допланетном облак е самыми многочисленными всегда были мелкие частицы и тела. Меньшую долю составляли тела промежуточных размеров. Крупных тел, сравнимых с Луной или Марсом, было совсем мало. Эволюция облака вела к тому, что именно в немногих крупных телах сосредо точивалась основная масса всего планетного вещества. Эта иерархия сохр анилась и до наших дней: совокупная масса планет намного выше общей масс ы всех малых тел - спутников, астероидов, комет и пылевых частиц. Крупные тела своим гравитационным влиянием постепенно увеличивают хао тические скорости планете зимале й . Каждое сближение двух тел меняет характер их движ ения по околосолнечным орбитам. Как правило, орбиты становятся более выт янутыми и более наклонёнными к центральной плоскости. Таким образом, в т ечение этого этапа идёт "раскачка" системы от очень плоского диска к боле е утолщённому. При этом тела приобретают тем большие хаотические скорос ти, чем меньше их масса, и наоборот. Растут тела очень неравномерно. Самое крупное из них в любой кольцевой з оне, где орбиты остальных тел пересекаются с его орбитой, получает приви легированное положение и в перспективе может стать зародышем планеты. Роль соударений можно пояснить на примере современного пояса астероид ов, где последствия ударов неодинаковы для разных тел. В нынешнее время х аотические скорости астероидов составляют примерно 5 км/с; с такими же ск оростями они сталкиваются с мелкими телами. Энергия удара при падении те ла на поверхность астероида обычно так велика, что разрушается не только само упавшее тело, но и часть астероида. Образуется ударный кратер, выбро сы из которого разлетаются со скоростями сотни метров в секунду. Разлета ющееся вещество вновь падает на поверхность астероида только в том случ ае, если он обладает достаточным тяготением. Все астероиды современного пояса теряют массу при столкновениях. Лишь н есколько самых больших (с радиусами более 200 км) в лучшем случае способны с охранить свою массу. Точно так же и столкновения планетезималей приводи ли к росту лишь наиболее крупных из них. Внутреннюю часть Солнечной системы образуют плане ты земной группы - Меркурий, Венера, Земля и Марс. Состав этих планет свиде тельствует, что их рост происходил в отсутствие лёгких газов за счёт кам енистых частиц и тел, содержавших различное количество железа и других м еталлов. Главное условие роста тел при столкновениях - их низкие относительные ск орости на начальном этапе. Чтобы тела достигли километровых размеров, ха отические скорости не должны превышать 1 м/с. Это возможно, только если нет сильного воздействия извне. В зоне роста планет земной группы внешние в оздействия были слабы, лишь в зоне Марса сказалось влияние Юпитера, заме длявшее его рост и уменьшавшее массу. В поясе астероидов, наоборот, явно п рослеживается возмущающее влияние соседней планеты-гиганта Юпитера. С тадия объединения планетезималей в планеты и их роста длилась более 100 мл н лет. Период диссипации (рассеяния) газа из зоны земных планет продолжался не более 10 млн лет. В основном газ выдувался солнечным ветром, т. е. потоками за ряженных частиц (протонов и электронов), выбрасываемых с поверхности Сол нца со скоростями сотни километров в секунду. Солнечный ветер очистил от газа не только область п ланет земной группы, но и более отдалённые пространства планетной систе мы. Однако планеты-гиганты Юпитер и Сатурн уже успели вобрать в себя огро мное количество вещества, подавляющую часть массы всей планетной систе мы. Как же формировались планеты-гиганты? Их зародыши могли возникать двумя путями: через гравитационную неустойчивость газовых масс допланетного диска или путём нарастающ его захвата газовой атмосферы на массивном ядре из планетезималей. В первом случае масса допланетного облака должна была составлять значительную долю массы Солнц а, а состав планет-гигантов должен совпадать с солнечным. Ни то ни другое н е соответствует фактам. Исследования последних лет показали, что в ядрах Юпитера и Сатурна, по-видимому, присутствуют элементы тяжелее водорода и гелия, составляющие по меньшей мере 5-6% массы планеты. Это существенно бо льше, чем можно было бы ожидать при солнечном содержании химических элем ентов. Значит, более вероятен второй путь: сначала, как и у планет земной г руппы, образуется массивное ядро-зародыш из каменистых и ледяных планет езималей, а затем оно наращивает водородно-гелиевую оболочку. Процесс присоединения вещества называют аккрецией. Начиная с одной-дву х масс Земли, тело может не только удерживать газовую атмосферу на повер хности, но и в ускоряющемся темпе захватывать новые порции газа, если на п ути его движения имеется газовая среда. Аккреция прекращается лишь тогд а, когда газ полностью исчерпан. Продолжительность этого процесса намно го короче, чем стадия образования ядра-зародыша. По расчётам учёных, рост ядра Юпитера длился десятки, а ядра Сатурна - сотни миллионов лет. Пока ядро, погружённое в газ, невелико, оно присоединяет лишь небольшую а тмосферу, находящуюся в равновесии. Но при некоторой критической массе (2-3 массы Земли) газ начинает в возрастающем темпе выпадать на тело, сильно увеличивая его массу. На стадии быстрой аккреции всего за несколько сот лет Юпитер вырос до массы, пре вышающей 50 масс Земли, поглотив газ из сферы своего гравитационного влия ния. Затем скорость аккреции упала, так как газ мог поступать к планете ли шь путём медленной диффузии из более широкой зоны диска. Одновременно Юпитер продолжал расти за счёт твёрдых планетезималей, а т е, что не были им поглощены, могли быть отброшены его тяготением либо внут рь, в зону астероидов и зону Марса, либо прочь из Солнечной системы. Юпитер сообщал твёрдым телам скорости больше скорости освобождения: для того ч тобы покинуть Солнечную систему с орбиты Юпитера, достаточно скорости в сего 18 км/с, а тело, пролетающее от Юпитера на расстоянии нескольких его ра диусов, разгоняется до десятков километров в секунду. Сатурн формировался аналогичным образом. Но его ядро росло не так быстро и достигло критической массы позднее. К этому времени из-за действия сол нечного ветра газа осталось меньше, чем в зоне Юпитера к началу его аккре ции. Вот почему по сравнению с Юпитером Сатурн содержит в несколько раз б ольше конденсируемого вещества и ещё сильнее отличается по составу от С олнца. Уран и Нептун росли ещё медленнее, а газ из внешней зоны д иссипи ровал быстрее. Когда эт и планеты достигли критической массы, газа в их зонах почти не осталось. П оэтому на долю водорода и гелия приходится лишь около 10% массы Урана, Непт ун же содержит их ещё меньше. Главными составляющими этих тел являются в ода, метан и аммиак, а также окислы тяжёлых элементов; газы входят в планет ные атмосферы. Двухступенчатая схема образования планет-гигантов (формирование ядер из конденсированных веществ и газовая аккреция на эти ядра) подтверждае тся фактами. Во-первых, выяснилось, что современные массы ядер Юпитера и С атурна, а также массы Урана и Нептуна без их атмосфер имеют близкие значе ния: 14-20 масс Земли, тогда как доля газов - водорода и гелия - в них закономерн о уменьшается по мере удаления от Солнца. Во-вторых, существуют такие "вещ ественные доказательства" ранней истории планет-гигантов, как их спутни ки и кольца. Аккреция газа на планеты сопровождается образованием вокру г них газопылевых дисков, в которых формируются спутники. На стадии быстрой аккреции освобождалось огромное количество энергии, и верхние слои планет сильно нагревались. Максимальная температура пов ерхности Юпитера и Сатурна, по-видимому, составляла несколько тысяч град усов - почти как у звёзд. В диске Юпитера, где формировались его спутники, н а близких расстояниях от планеты температура была выше точки конденсац ии водяного пара, а на более далёких - ниже. И действительно, ближние спутн ики Юпитера, включая Ио и Европу, состоят из каменистых веществ, а более от далённые - Ганимед и Калли сто - наполовину из водяного льда. У Сатурна в диске темпера тура была ниже, поэтому лёд там конденсировался на всех расстояниях (час тицы колец Сатурна и все его близкие спутники - ледяные). Список литературы : · Журнал "Вокруг света" февра ль 2004г., стр. 56-65 · Зингель Ф.Ю. Астрономия: все развития, 1988 · Левитан Е.П. Астрономия. Просвещение, 1994 / Левитан Е.П. Твоя Вселенная. Просвещение 1995 · Чернин А.Д. Звезды и физика. М.:Наука, 1994. · Шкловский И.С. Звезды: их рождение, жизнь, смерть. М., 1984
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- Жора, что делать? Посоветуй. Ко мне так часто ездят гости... Сил никаких нет!
- Яша, это же раз плюнуть: бедным одолжите по десятке, а у богатых просите, чтобы они одолжили вам по тысяче... Поверьте, что и те, и другие будут обходить вас десятой дорогой.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по астрономии, авиации, космонавтике "Возникновение и эволюция Вселенной", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru