Реферат Кунсткамера вселенной
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Введение.
Земля – одно из бесчисленных небесных тел. Чтобы лучше изучить Землю, надо знать и то, что происходит на небе. Поэтому уже в древние времена появилась практическая необходимость в науке о небесных явлениях. Ведь жизнь людей на Земле во многом подчиняется «небесному» распорядку. Солнечные лучи несут людям свет и тепло. От восхода и захода Солнца зависит смена дня и ночи. От того, как меняется в течение года взаимная ориентация Солнца и Земли, зависит смена времен года.
Древние люди не знали ни точных механических часов, ни компаса. Их заменяло звездное небо. Луна пригодилась звездочетам для счета месяцев. Звезды вдали от родных берегов указывали мореходам направления на север, восток, юг и запад. Они служили маяками на морях и в пустынях. Их так и называли –путеводные звезды. И чем больше вопросов задавал человек Природе, тем больше ответов могла дать ему наука о небе и его тайна - астрономия. «Астрон» в переводе с греческого значит «земля», «номос» - закон, а слово «астрономия» можно перевести как « учение о звездных законах».
Некогда, по греческой мифологии, небесный свод держал на плечах великан Атлант. Персей показал ему голову Медузы, и великан обратился в гору. А Плеяды — семь осиротевших дочерей Атланта — были помещены Зевсом на нёбо.
На осеннем небе действительно привлекает к себе внимание характерная тесная группа из семи отдельных слабеньких звездочек. Греки назвали это примечательное скопление звезд Плеядами.
Земля вращается вокруг своей оси. В результате этого нам, жителям Земли, кажется, что на протяжении ночи медленно вращается над головой весь небесный свод вместе со всем, что на нем находится: с Луной, планетами и звездами.
Причудливые узоры, составляемые огоньками звезд, при таком вращении не нарушаются. Группы звезд, образующие эти узоры — иногда компактные, а порой разбросанные по большому участку неба, иногда очень характерные, а подчас и с трудом различимые, — называют созвездиями.
Деление неба на созвездия не таит в себе никакого тайного, сверхъестественного смысла. Это просто-напросто удобный прием, чтобы привести в порядок, уложить в памяти хаотическую россыпь звезд.
КТО ЕСТЬ КТО
Выделять из множества рассыпанных по небу звезд отдельные созвездия начали еще в то время, когда люди не знали письменности. От соседей к соседям кочевали среди древних народов удачные названия звезд, контуры созвездий, тысячелетиями кроилось и перекраивалось ночное небо. Особенно преуспели в этом народы Месопотамии и прилегающих территорий — охотники и скотоводы. Не случайно, что древнейшие названия созвездий связаны с фауной этого района либо с занятиями жителей: Скорпион, Телец, Рак, Рыбы, Стрелец (т.е. охотник), Возничий, Волопас (т.е. пастух), Змееносец (т.е. змеелов).
Неужели богатое воображение древних наблюдателей и впрямь рисовало среди звезд фигуры людей и диковинных животных? В отдельных случаях, возможно, так и было: названия для созвездий подсказывала конфигурация звезд. Однако чаще в названия вкладывался смысл совершенно иной. Нам доподлинно известно, например, что Весы появились на небе не ранее III в. до н.э., а до тех пор входящие в них звезды составляли часть Скорпиона — его клешни. Кому же понадобились на небе весы? Да тому, кто знал, что неподалеку находится точка осеннего равноденствия. Когда Солнце приходило под знак Весов, наступало равновесие — день уравновешивался с ночью.
Названия созвездий могли связываться с характерными природными явлениями, которые происходили в период их видимости, на восходе или при заходе: погодой, периодом охоты на тех или иных зверей, сбором плодов.
Самое красивое созвездие на небе Северного полушария видно зимой. Оно носит имя могучего охотника Ориона. А по соседству с Орионом находятся его охотничьи собаки: Большой Пес и Малый Пес.
Легче всего отыскать среди звезд самое популярное из созвездий северного неба — Большую Медведицу. Если провести воображаемую прямую линию через две крайних звезды в «ковше» Большой Медведицы, то взгляд вскоре упрется в Полярную звезду — самую яркую из звезд Малой Медведицы.
Особую группу составляют 12 созвездий, входящих в так называемый пояс зодиака. «Зодиак» — греческое слово, имеющее тот же корень, что нынешний «зоопарк»; по-русски его переводят как круг животных. Большинство из зодиакальных созвездий действительно носят названия животных.
Зодиакальные созвездия — те, по которым в своем годовом перемещении среди звезд движется Солнце. Каждое из них Солнце проходит примерно за месяц, после чего переходит в следующее зодиакальное созвездие. Конечно, ни то созвездие, где пребывает сейчас Солнце, ни соседние с ним в обычных условиях увидеть нельзя, они находятся на небе днем. Зато в полночь хорошо видно зодиакальное созвездие, диаметрально противоположное тому, где находится Солнце. Его Солнце достигнет только через полгода.
Зодиакальные созвездия играли важную роль в астрологических предсказаниях. Знаки зодиака часто служили символами, сюжетами для орнаментов, изображались на часах. Вот их полный перечень с указанием периодов времени, когда в них находится Солнце:
Рыбы i С18февраля по 20 марта
Овен ^ С 21 марта по 20 апреля
Телец _ С 21 апреля по 21 мая
Близнецы ` С 22 мая по 21 июня
Рак a С 22 июня по 22 июля
Лев b С 23 июля по 22 августа
Дева c С 23 августа по 22 сентября
Весы d С 23 сентября по 23 октября
Скорпион e С 24 октября по 22 ноября
Стрелец f С 23 ноября по 21 декабря
Козерог g С 22 декабря по 20 января
Водолей h С 21 января по 17 февраля
В ноябре Солнце непродолжительное время находится в пределах созвездия Змееносца, но это созвездие по традиции не входит в зодиакальный круг.
Пусть вас не смущает среди знаков зодиака название Овен: оно обозначает мужской род от обычной овцы. О том же, почему попали в круг животных Весы, мы уже рассказывали.
НЕБЕСНЫЕ КАРТЫ
Деление неба на созвездия было удобно для астрономов. Границы созвездий и отдельные звезды издавна наносились на небесные карты.
И служат небесные карты для тех же целей, что и обычные земные: по ним легко ориентироваться среди звезд.
В эпоху Великих географических открытий астрономы разделили на созвездия Южное полушарие неба. Знаменитый Южный Крест нанесли на звездные карты современники Магеллана. Европейские ученые — участники далеких путешествий в тропические страны, выделяя новые созвездия, почти не пользовались для их названий мифологическими персонажами. Их мысль работала совсем в ином направлении. И на южном небе появились сначала созвездия Летучая Рыба, Павлин, Тукан, Хамелеон, Райская Птица, Индеец, потом к ним добавились Часы, Компас, Циркуль, Микроскоп.
Древние наблюдатели присваивали собственные названия не только группам звезд — созвездиям, но и отдельным чем-либо примечательным звездам. Как люди узнавали названия звезд? Так же, как они узнают имена своих детей.
Очень часто в старину имя давалось детям либо в связи с событием, которое сопутствовало его рождению, либо по каким-нибудь отличительным признакам характера или внешнего облика ребенка. В старых русских грамотах упоминаются имена: Зима, Суббота, Неупокой, Крик, Звяга, Бессон, Пузо, Губа. Подобным образом поступали древние греки, римляне и арабы, давая звездам те имена, которые во многих случаях сохранились до наших дней.
На северном небе видно почти правильное колечко звезд. Его называют созвездием Северной Короны. А самая яркая звезда в центре короны — Гемма, что значит «Жемчужина».
Звезда отчетливо красного цвета известна нам под именем Антареса. Греческое «анти, ант» значит «против, напротив». Красная планета Марс носит имя римского бога войны, а по-гречески тот же бог назывался Арес. Яркая звезда, по цвету соперничающая с красным Марсом, называется «соперником Марса» — Антаресом.
Самая яркая из всех звезд неба теперь называется Сириус, от греческого «сириос» — «блестящий». Наблюдения за Сириусом играли большую роль в астрономической деятельности египетских жрецов. Поскольку Сириус входит в созвездие Большого Пса, то египтяне называли эту звезду Собачьей. Так же называли ее и римляне. Слово «собака» звучит по-латыни как «канис», а звезда называлась Каникула. Для римлян появление Каникулы означала наступление тревожного периода летнего зноя. Богатые горожане торопились укрыться в загородных поместьях. В городских трущобах вспыхивали пожары и распространялись эпидемии. У римлян палящая летняя жара была «собачьим временем» — «каникулами».
Если названия созвездиям Северного полушария неба давали в основном греки, то большинство названий звезд ведет свое происхождение от средневековых астрономов-арабов.
Известно, что конфигурация ярких звезд созвездия Большой Медведицы напоминает черпак для воды: четыре звезды образуют ковш и три звезды — слегка изогнутую ручку. Средняя звезда в «ручке» очень любопытная: это двойная звезда. Рядом с яркой звездой, почти вплотную к ней, располагается еще одна очень слабенькая звездочка. По этой паре звезд удобно проверять зрение. Если человек видит обе звезды — не только яркую, но и слабенькую, значит, у него отличное зрение. Арабы назвали яркую звезду Мицаром, а слабенькую Алькором. В переводе —Конь и Всадник.
Осенью показывается на небе созвездие Персея. Так рисовали его в старинных атласах: Персей держит в правой руке занесенный меч, а в левой — сеющую смерть голову Медузы. Арабы обратили внимание на удивительный мигающий глаз Медузы — звезду, систематически меняющую блеск почти в три раза. Они дали ей имя Алголь - Дьявол.
Собственные названия имеют свыше 150 звезд. Из них примерно 20 названий были даны греками, около 10 римлянами и свыше ста арабами. Для того чтобы различать на небе все остальные звезды, пользуются либо буквенными, либо числовыми обозначениями.
В XVII в. астрономы для обозначения звезд обходились 24 буквами греческого алфавита. В пределах каждого созвездия буквенные обозначения присваивались звездам приблизительно в порядке убывания их яркости. Самая яркая звезда в созвездии называлась α (альфой), следущая по яркости — β (бетой), потом соответственно шли γ (гамма), δ (дельта). ε (эпсилон) и т. д. Звезда Гемма получила по этой системе название Альфы созвездия Северной Короны, Алголь стал Бетой Персея, а Мицар - Дзетой Большой Медведицы.
Но, естественно, скромных возможностей 24 греческих букв надолго не хватило. Тогда астрономы для указания более слабых звезд начали ссылаться на их номера в каком-нибудь звездном каталоге. А каталоги, как правило, назывались по именам авторов. Появились такие обозначения, как, например, Лаланд 21185, Грумбридж 1830 или же Вольф 359. Однако такой прием на практике оказался тоже не очень-то удобен: за различными обозначениями в этом случае несколько раз могла скрываться одна и та же звезда.
На протяжении веков карты звездного неба неоднократно переиначивались. Астрономы меняли очертания созвездий, некоторые из них вовсе упраздняли, придумывали новые. В XVII в., например, известный польский астроном Ян Гевелий поместил рядом с созвездием Большой Медведицы созвездие Рыси. «В этой части неба,- мотивировал он свое нововведение,- встречаются только слабые звезды, и нужно иметь рысьи глаза, чтобы их различить и распознать». Это созвездие существует и поныне, хотя оно и не содержит ни одной яркой звезды.
В 1919 г. был организован Международный Астрономический Союз - высший законодательный орган астрономов. Прежде всего он привел в порядок карты звездного неба. Рассмотрев все когда-либо существовавшие предложения, он исключил из числа созвездий совершенно случайные и неудачные, раз и навсегда утвердив окончательный список из 88 созвездий. Многие названия созвездий были упрощены. Вместо Телескопа Гершеля, например, остался на небе просто Телескоп, Химическая Печь преобразилась в обыкновенную Печь, Воздушный Насос стал Насосом, Резец Гравера - Резцом. Границы между созвездиями были проведены заново: старые извилистые границы заменили ровными линиями, идущими вдоль линий сетки небесных координат.
ЗВЕЗДНЫЕ ГОРОДА
По первому впечатлению человеку кажется, что звезд на небе видимо-невидимо. И ведут они себя так, как будто бы действительно наглухо приколочены к вращающемуся куполу неба. Испокон веков астрономы так и говорили: неподвижные звезды. Человеку кажется, наконец, что размещены звезды по небу в полнейшем беспорядке. На деле это совсем не так.
Невооруженным глазом на небе видно вовсе не так уж много звезд. В самую темную ночь вы насчитываете их около 3000. Одновременно можно вести подсчеты только на половине неба. На всем небе простым глазом видно примерно 6000 звезд.
Выполнить подобные подсчеты звезд несложно. Гораздо сложнее было обнаружить, что они все-таки смещаются друг относительно друга. Ведь такие смещения ничтожно малы.
Самая «торопливая» из звезд проходит по небу расстояние, равное поперечнику Луны, лишь за 200 лет. Открыл перемещение этой звезды из созвездия Змееносца (простым глазом ее увидеть нельзя) астроном Барнард. Смещение звезды Барнарда, казалось бы, совсем незначительно, но по сравнению с исчезающе малыми смещениями подавляющего большинства других звезд его следует признать громадным; недаром астрономы прозвали звезду Барнарда «летящей».
«Летящая звезда» Барнарда — редкое исключение. Как правило, собственные движения звезд меньше, чем у звезды Барнарда, в сотни и тысячи раз. Поэтому привычные контуры созвездий остаются практически неизменными не только на протяжении жизни одного человека, но и в течение тысячелетий. Малое смещение звезд на небе вовсе не означает, что они и правда чрезвычайно медлительны. Звезды могут передвигаться в пространстве с очень большими скоростями. Малое смещение звезд на небесном своде указывает лишь на их колоссальную отдаленность.
Впервые собственное движение звезд было обнаружено в 1718 г. Еще через 70 лет появилось строгое доказательство того, что звезды в пространстве размещены отнюдь не так уж беспорядочно. Заслуга в получении такого доказательства принадлежит выдающемуся английскому астроному Вильяму Гершелю.
Тускло светящимся обручем охватывает небесный свод туманная полоса Млечного Пути. Млечный Путь - можно увидеть только очень темными ночами, наблюдениям не должны мешать ни зарево городских огней, ни свет Луны. В наших широтах Млечный Путь лучше всего виден на исходе лета и осенью.
Млечный Путь обладает сложной, клочковатой структурой. Очертания его размыты, в различных частях он имеет разную ширину и яркость.
Когда Галилео Галилей впервые направил телескоп на небо, он тотчас же обратил внимание, что слабая туманная полоса Млечного Пути вовсе не сияние, как тогда думали, порожденное атмосферой, а скопление громадного количества слабых звезд. Они расположены настолько близко одна к другой, что для невооруженного глаза свет их сливается воедино.
Что же, звезды распределены по небу более или менее равномерно и лишь в сравнительно узкой полосе Млечного Пути концентрация звезд резко возрастает? Чтобы ответить на такой вопрос, Вильям Гершель принялся систематически «вычерпывать» звездное небо. А «ковшом» для этой цели послужило ему поле зрения телескопа.
Тысячи раз направлял Гершель свой телескоп в разные участки неба и тщательно подсчитывал, сколько звезд попадало одновременно в его поле зрения. Каждый такой подсчет составлял один «черпок». Естественно, что «черпки» сильно отличались друг от друга. Однако средние результаты из многих «черпков» уже достаточно надежно представляли целые зоны звездного неба: за ними вставала важная закономерность.
Оказалось, что самая богатая звездами область неба действительно совпадает с Млечным Путем. А по обе стороны от Млечного Пути среднее число звезд на одну и ту же по размерам площадку неба плавно убывает.
Тем самым Гершель доказал, что видимые на небе звезды не разбросаны хаотично, а образуют гигантскую звездную систему. От греческого слова «галактикос» — «молочный» — звездная система, основу которой составляет Млечный Путь, получила название Галактики. Чтобы выделить ее из остальных звездных систем, мы пишем это название с большой буквы.
Гершель впервые нашел пути, чтобы выяснить в общих чертах форму Галактики.
Представьте себе, что, находясь в засаженном деревьями парке, вы задумали определить протяженность его в различных направлениях. Естественно предположить, что деревья в парке растут более или менее равномерно. Следовательно, в тех направлениях, где видно больше деревьев, и парк тянется дальше, а где деревьев насчитывается меньше, там граница-парка ближе.
Гершель рассуждал аналогичным образом: чем больше, звезд попадает одновременно в поле зрения телескопа, тем дальше в этом направлении простирается Галактика. Он пришел к правильному выводу, что Галактика имеет сильно уплощенную форму: ее протяженность в направлении Млечного Пути несравненно больше, чем по направлениям к галактическим полюсам.
С тех пор уже двести лет несколько поколений ученых продолжают изучать строение звездного мира. Вот как представляется эта проблема сегодня.
Звезды во Вселенной не рассыпаны как попало, а образуют гигантские «звездные города» —скопища звезд, которые называют галактиками. Чужие галактики видны нам как небольшие туманные пятна, поэтому их называют еще и туманностями.
«Звездные города» не имеют строго очерченных границ, и поэтому форму галактик можно описать только очень обобщенно. Если смотреть сбоку, то в центре галактики обращает на себя внимание утолщение, которое соответствует ее наиболее богатой звездами области — ядру. Наблюдается сгущение звезд также и около всей срединной части галактики, так называемой гала к-т ич ее к ой плоскости.
Воочию увидеть сгущение звезд, расположенных вблизи от галактической плоскости, можно и в нашей собственной Галактике. Таким сгущением является Млечный Путь. Только не забывайте, что смотрим мы на нашу Галактику изнутри. И поэтому богатая звездами область собственной галактической плоскости представляется нам широким поясом, охватившим весь небесный свод.
На современных фотографиях звездного неба обнаружено чрезвычайно много галактик. Видны они в разных ракурсах: и плашмя, и с ребра, и под разными углами. На фотографиях многих галактик хорошо заметно, что звезды в пределах галактической плоскости тоже распределены неравномерно. Обширные сгущения звезд тянутся от ядра через всю галактическую плоскость, имея форму слегка закрученных спиралей. Их называют спиральными ветвями галактик.
Всего наша Галактика содержит свыше 100 млрд. звезд—больше 20 звезд на каждого человека, живущего на Земле. Десятками и сотнями миллиардов звезд характеризуется численность звездного «населения» и других галактик.
Кроме звезд, в галактиках много газа с примесью пыли — несветящегося межзвездного вещества, которое образует темные облака. Имеются такие облака и в нашей Галактике. Они загораживают удаленные звезды, и наблюдателю кажется, что звезд в этом месте нет. Такие участки неба называют «угольными мешками». Межзвездное вещество препятствует астрономическим исследованиям. Но ведь преодоление препятствий и составляет основную задачу любой науки.
АДРЕС ВО ВСЕЛЕННОЙ
Ты посылаешь письмо другу. На чистом конверте записываешь адрес: сначала город, потом улицу, номер дома. А можно ли записать наш с тобой адрес в бескрайних просторах Вселенной? Оказывается, можно, поскольку Вселенная структурна.
Наш общий дом — планета Земля. Это понятно. А улица? Улицей можно считать место, где расположилось Солнце и его «дети» — окрестные планеты. Стало быть, наша улица — планетная система у звезды по имени Солнце. Ну а город? Мы только что сравнивали с городом множество звезд, образующих Галактику. Это и есть город, в котором «проживает» Солнце.
Подобно звездам, группирующимся в «звездные города», отдельные галактики тоже группируются во всеобъемлющую систему галактик — Сверхгалактику, которую иначе называют Метагалактикой. Вот и получается наш адрес во Вселенной:
Метагалактика
Галактика
Солнце
Планета Земля.
Единицей измерения межзвездных и межгалактических расстояний служит световой год. Световой год — расстояние, которое луч света проходит за год. А распространяется свет, как известно, со скоростью 300 тыс. км/с. Один световой год составляет округленно 9 триллионов 460 млрд. км.
Расстояния между галактиками фантастически велики. От ближайшей к нам соседней спиральной галактики — туманности из созвездия Андромеды — свет идет около.2 млн. лет.
По сравнению с такими чудовищными расстояниями размеры каждой отдельной галактики оказываются несколько скромнее. Наша Галактика, например, имеет в поперечнике меньше 100 тыс. световых лет. Форма нашей Галактики в целом, так же как и других галактик, напоминает двояковыпуклую линзу, или, еще проще, две тарелки, сложенные краями вместе, а донышками наружу. Лист бумаги, зажатый между тарелками, дает наглядное представление об особенно богатой звездами галактической плоскости. Толщина Галактики меньше ее поперечника примерно в 12 раз.
Косвенным путем в галактической плоскости нашей Галактики, как и во многих других, обнаружены тянущиеся от ядра к периферии слегка закрученные спиральные сгущения звезд — спиральные ветви.
В центре Галактики расположено ядро с поперечником в 5 тыс. световых лет. Это, пожалуй, наименее изученная и наиболее таинственная область Галактики. Мы очень мало знаем о составе и структуре ядра, протекающих в его недрах процессах.
На древних географических картах в необследованных местах помещали надпись «terra incognita» — «земля неведомая». Так и для современных астрономов ядро Галактики тоже терра-инкогнита. Здесь скажут свое веское слово исследователи будущего.
Наше Солнце находится в одном из спиральных рукавов почти точно в галактической плоскости, но далеко от ядра Галактики: ближе к окраине Галактики, чем к центру. Ядро Галактики наблюдается на небе как большое яркое облако Млечного Пути в созвездии Стрельца. Однако это, по всей видимости, край обширной области ядра. Основная часть ядра скрыта от земных наблюдателей темной материей — «угольным мешком». Общие очертания ядра были зарегистрированы лишь аппаратурой, чувствительной к тепловым, инфракрасным лучам. Этого впервые добились советские ученые на Крымской астрофизической обсерватории.
Звезды в галактической плоскости медленно вращаются вокруг ядра Галактики. При вращении твердого тела, велосипедного колеса например, все точки делают один оборот за одно и то же время. Точка, которая находится дальше от центра, движется быстрее. Вращение Галактики происходит иначе: чем дальше звезда от центра, тем медленнее ее движение.
Ньютон установил, что небесное тело, находящееся в поле тяготения другого, более массивного небесного тела, движется вокруг него по замкнутой эллиптической орбите. Так движутся вокруг планет их спутники. Однако движение звезд вокруг центра Галактики, хотя оно тоже подчиняется закону всемирного тяготения, происходит по гораздо более сложным траекториям.
Поле тяготения внутри Галактики определяется не единой центральной притягивающей массой, которая значительно превосходит все остальное, как, например, в Солнечной системе, а складывается из суммарного действия всей совокупности входящих в нее звезд. В этом случае каждая отдельная звезда движется вокруг центра Галактики не по эллипсу, а по сложной кривой, которая имеет вид цветка со многими лепестками. Лепестки могут располагаться в разных плоскостях, а траектории движения звезд в подавляющем большинстве случаев оказываются даже незамкнутыми кривыми — звезды практически никогда не возвращаются на старое место относительно центра Галактики. Пути звезд могут скрещиваться и пересекаться. Вообще говоря, звезды могут даже встретиться друг с другом, только вероятность таких событий исчезающе мала.
Судите сами. Не будем учитывать общую скорость движения соседей Солнца вокруг центра Галактики. Рассмотрим только их движения по отношению, друг к другу. В сравнении с расстояниями между звездами их взаимные движения крайне медленны. Пусть движение звезд — это ползание медлительных улиток. Длину собственного тела они проползают часов за двадцать. Улитка Солнце находится в Москве. Тогда соседи Солнца окажутся: улитка Сириус в Витебске, улитка Процион у Минска, улитка Толимак вблизи Бологого, а улитка Альтаир в Воркуте. Ползут они в разные стороны. Можно ли при этих условиях рассчитывать на встречу?
Отрезки времени, в которых удобно описывать вращение звезд в галактиках, очень велики — это миллионы и миллиарды лет.
Солнце движется вокруг центра Галактики со скоростью 250 км/с и совершает один обход вокруг него примерно за 200—250 млн. лет. Высказывались предположения, что смена геологических эпох, наступление ледниковых периодов и другие гигантские катаклизмы в истории Земли связаны именно с «космическим климатом», т. е. с положением Солнца относительно ядра Галактики. Подобно тому как из-за наклона земной оси ежегодное обращение Земли вокруг Солнца приводит к регулярной смене времен года, так и вращение Солнца вокруг ядра Галактики вызывает будто бы аналогичные изменения, только в гораздо более крупных масштабах. Эти предположения пока не подтверждены и не опровергнуты. Они остаются гипотезой.
Солнце — самая близкая к нам звезда. Сила тяготения Солнца заставляет обращаться вокруг него и Землю, и другие планеты.
Солнце — это гигантский пылающий газовый шар. Объем его превосходит объем Земли в 1.300 тыс. раз. Температура внутри Солнца может достигать 15.000.000 К.
Астрономы обнаружили на Солнце все те же элементы, которые были хорошо известны ученым на Земле. Только однажды на Солнце был найден ранее неизвестный элемент. От греческого слова «гелиос»— «солнце» — новый элемент назвали гелием. Впоследствии гелий был обнаружен в небольших дозах в земной атмосфере. Теперь он с успехом служит наполнителем в многочисленных светящихся рекламных трубках.
Именно скопление на Солнце огромного количества гелия пролило в дальнейшем свет на источники, казалось бы, неисчерпаемой солнечной энергии.
За счет чего, действительно. Солнце способно непрерывно излучать в окружающее пространство чудовищный поток лучистой энергии? Будь Солнце просто раскаленным газовым шаром, оно остыло бы всего за несколько десятков миллионов лет. Но растительная жизнь на Земле — так свидетельствует геология — существует по крайней мере миллиард лет. Жизнь нуждается в солнечной энергии. И стало быть, за последний миллиард лет энергия Солнца не истощилась.
Геологические изыскания не оставляют места для тревог, что Солнце остывает. Больше того, по данным геологов, древнейшие оледенения бывали даже более мощными, чем последующие.
Астрономы долго искали источник солнечной энергии — то «горючее», которое непрерывно обогревает всю Солнечную систему. Обнаружить его удалось только в связи с успехами ядерной физики. В центральной области солнечного шара в силу колоссальных температур и давлений ядра атомов с сорванными электронными оболочками тесно прижимаются друг к другу, и в этих условиях начинает идти термоядерная реакция перехода водорода в гелий. В глубоких недрах Солнца идет та самая реакция, о которой тщетно мечтали средневековые алхимики, — реакция превращения одного химического элемента в другой.
Солнце — сгусток пылающей материи — является колоссальным природным атомным реактором. В течение миллиардов лет этот реактор перерабатывает собственное вещество.
Современная наука также сумела воспроизвести эту «солнечную» реакцию, но, к сожалению, еще не научилась управлять ею. Мы знакомы с ней только в неуправляемой форме, при взрыве; реакция превращения водорода в гелий происходит при взрыве водородной бомбы.
Экспериментальные исследования показали, что при термоядерной реакции перехода водорода в гелий выделение энергии на каждый грамм «сожженного» водорода составляет 6-1011Дж. Если сопоставить эту величину с общим солнечным излучением, то нетрудно рассчитать, что «сгорание» водорода на Солнце идет со скоростью 5 млн. тонн в секунду. При таком расходе водорода общая продолжительность жизни Солнца может достигать примерно 10 млрд. лет.
Термоядерная реакция превращения водорода в гелий идет только в центральной части, в глубокой «топке» Солнца. Подавляющая же часть солнечного вещества в этой реакции не участвует и энергии не выделяет. Поэтому если колоссальный общий поток солнечной энергии сопоставить с его колоссальной массой, то окажется, что количество излучаемой энергии, приходящееся на единицу массы, например на 1 г солнечного вещества, в среднем исчезающе мало. Как заметил однажды советский астрофизик В. Г. Курт, поток солнечной энергии, приходящийся в среднем на единицу массы Солнца, равен потоку энергии, выделяемой такой же по массе кучей прелых листьев в лесу.
Солнце расходует водород и стареет. Но запасов солнечного «топлива» хватит еще на несколько миллиардов лет.
ДИКОВИНЫ И ЗАУРЯДНОСТЬ
Приведенные выше характеристики Солнца грандиозны только по сравнению с его «детьми» — планетами. Если же сравнивать с другими звездами, то окажется, что Солнце — самая простая, самая обыкновенная, самая заурядная звезда. По всем своим свойствам оно занимает среднее положение. Есть звезды и гораздо больше, и гораздо меньше. Есть и гораздо жарче, и гораздо холоднее.
Мир звезд исключительно разнообразен и не раз преподносил ученым самые неожиданные сюрпризы. Познакомимся хотя бы с плотностями звезд.
Среди употребительных в быту материалов славится своей плотностью свинец. Масса свинцового кубика с ребром в 1 см равна 11,3 г. Плотность золота составляет 19,3 г/см3. Такую же плотность имеет и вольфрам. Еще большей плотностью — соответственно 21,5 и 22,4г/см3—отличаются платина и иридий. Именно из сплава платины и иридия изготавливали столетие тому назад эталон метра.
Плотности золота, вольфрама, платины и иридия уже превосходят те плотности, которые, по современным представлениям, должны встречаться в кедрах Земли, даже в ее ядре.
В Галактике же обнаружилась особая категория слабосветящихся звезд, вещество которых находится в чудовищно уплотненном состоянии. Из-за цвета и малых размеров за ними укрепилось название белых карликов. Большинство белых карликов гораздо меньше Солнца. Многие из них меньше Земли, а некоторые даже меньше Луны.
Масса 1 см3 белого карлика достигает сотен тонн. Спичечная коробка такого вещества при взвешивании на Земле окажется в несколько раз тяжелее самого большого груженого товарного состава. Достигнуть подобного состояния вещества в земных лабораториях пока невозможно. Но астрономы знают о существовании и еще более плотных, так называемых нейтронных звезд. Плотность вещества нейтронной звезды в миллион миллиардов раз превышает плотность воды. Чайная ложка такого вещества весила бы на Земле миллиард тонн, т. е. была бы эквивалентна по массе 200 млн. слонов. Если бы Земля уплотнилась до состояния нейтронной звезды, ее поперечник составил бы всего 100 м.
Интересно, что встречаются на небе звезды и с противоположными свойствами: огромные по размерам и очень разреженные. Они относятся к группам красных гигантов и сверхгигантов. Диаметр гиганта Антареса, например, в 500 раз больше солнечного. Если бы он оказался на месте Солнца, то внутри него поместилась бы не только орбита Земли, но и орбита Марса. Зато уж средняя плотность Антареса, прямо скажем, невелика. Она в сотни тысяч раз меньше плотности воздуха у поверхности Земли. Представьте себе большой зрительный зал. Пусть в этом зале пустота, вакуум. Чтобы создать в нем описываемую плотность, человеку достаточно один-единственный раз выдохнуть. Воздух от одного выдоха легких, заполнив равномерно большой зал, создаст плотность, равную плотности вещества в недрах звезды-гиганта.
Конечно, иногда такое наблюдается. Но как для данной пары, так и для большинства других дело вовсе не в случайной близости. И убедительное свидетельство против случайности — обилие «парных» звезд. Примерно каждая пятая звезда на небе — двойная. А в окрестностях Солнца двойных звезд и того больше: каждая вторая. По теории вероятности такого наплыва случайных совпадений произойти никак не может.
Ну а если звезды в системе из двух звезд расположены очень тесно одна к другой? Увидим ли мы их как двойную звезду? Нет, не увидим. Они всегда будут сливаться воедино, казаться одной звездой. А могут ли существовать такие очень тесные пары? Да, могут. И именно их существованием объясняется, например, странное подмигивание «дьявольского» глаза Медузы.
Изменение яркости небесных светил, их переменность, обусловлено иногда и физическими причинами. Такие звезды действительно светят с разной яркостью. Они пульсируют, то раздуваясь, то сжимаясь. Яркость их в связи с пульсацией становится то больше, то меньше. Этим звездам суждено было сыграть исключительную роль в определении расстояний в наблюдаемой нами части Вселенной.
Среди миллиардов звезд Галактики находятся звезды, способные взрываться. Вспышка звезды — величественное зрелище во Вселенной. Одна взорвавшаяся звезда способна светить с такой же силой, как все остальные 100 млрд. звезд в Галактике, вместе взятые. Часто до взрыва такая звездочка бывает настолько слаба, что астрономам она не известна. Потом она неожиданно разгорается и становится видной даже днем при свете Солнца. Называют эти звезды Новыми и Сверхновыми. Новые звезды вспыхивают часто: мы наблюдаем их один-два раза в год, а всего в Галактике вспыхивает, по-видимому, до сотни Новых звезд в год. Яркость их может возрастать в течение нескольких дней в 25 тыс. раз по сравнению с яркостью в нормальном состоянии.
Причины взрыва Новых звезд видят в том, что все они — очень тесные двойные пары. Присутствие слишком близкой соседки «мешает» главной звезде, вызывает ее неустойчивость. Поэтому и может произойти вспышка. Раздувшаяся Новая звезда достигает максимума блеска и скидывает газовую оболочку, которая рассеивается в пространстве. После этого звезда возвращается к нормальному состоянию. Иногда такие вспышки повторяются регулярно.
Иное дело Сверхновые звезды. Те вспыхивают редко: в среднем один раз в 100 лет. А наблюдаются они и того реже: один раз лет за 500. Но именно они достигают в максимуме яркости, в десятки миллионов раз превосходящей яркость обычных звезд.
Старинные китайские летописи сохранили для потомков весть о «звезде-гостье», вспыхнувшей летом 1054 г. в созвездии Тельца. Сначала звезда была исключительно яркой и ее видели днем. Потом блеск ее стал спадать, и через два года она совсем исчезла.
В XVIII в. французский «ловец комет» Мессье, чтобы легче было отыскивать кометы, составил подробный список видимых в телескоп «туманных пятен». Под номером один в список попал объект необычный формы, напоминающий растопырившего ноги краба. Впоследствии этот объект так и назвали Крабовидной туманностью. Она находится в созвездии Тельца.
Тщательные повторные измерения показали, что Крабовидная туманность расширяется. А по расчетам, 900 лет назад она должна была выглядеть точкой. После сопоставления всех данных выяснилось: Крабовидная туманность — оболочка Сверхновой, скинутая ею в результате взрыва. Она находится в том самом месте, где 900 лет назад отметили появление Сверхновой старинные летописи.
Две вспышки Сверхновых в Галактике последовали одна за другой в 1572 и 1604 гг. Первую из них наблюдал известный датский астроном Тихо Браге, вторую — австрийский ученый Иоганн Кеплер.
Но не может ли в одну прекрасную минуту взорваться Солнце? Не может ли вдруг его яркость резко увеличиться или, наоборот, внезапно уменьшиться? Астрономы убеждены, что с Солнцем такого произойти не может. Подобно своим ближайшим соседям по Галактике, оно действительно относится к самым обыкновенным, самым заурядным звездам.
Плотность вещества в центре Солнца достигает 150г/см3 Температура верхней оболочки Солнца, по сравнению с 15.000.000 К внутри, очень скромна — всего около 6.000 К. Температура верхних слоев самых горячих звезд доходит до 50.000 К и более.
Солнце нельзя отнести ни к чересчур «молодым», ни к чересчур «старым» звездам. У него «средний возраст» — около 5 млрд. лет. Наше «степенное» Солнце не способно ни пульсировать, ни взрываться. Ему уготована судьба подавляющего большинства обычных звезд.
СУДЬБЫ ЗВЕЗД
Чтобы изучить все стадии роста деревьев в лесу, нет надобности наблюдать за ними долгие годы. Достаточно отправиться в лес; там наверняка будут представлены деревья и разных пород, и всевозможных возрастов — от молодой поросли до замшелых великанов.
Астрономам не под силу проследить за развитием какой-либо одной звезды: для этого требуются, по крайней мере, миллионы лет. Но, «коллекционируя» звезды, сопоставляя между собой их индивидуальные особенности, так же как и для деревьев в лесу, можно попытаться понять этапы их жизненного пути от рождения до старости.
Воссоздавая картину жизни звезд, астроном испытывает многочисленные возможные модели — теоретически определяет характерные особенности поведения звезд при различных допустимых предположениях об их внутреннем строении, массе, возрасте, окружающей космической среде. Однако теоретическая картина жизни звезд, какой бы заманчивой она ни была, не будете представлять ценности, если в ней, хотя бы в скрытой форме, нарушаются установленные законы природы. В своих моделях астроном обязан постоянно опираться на всю совокупность наблюдаемых фактов и известных физических законов. Только в этом случае модель, наиболее полно объясняющая наблюдаемые явления, приобретает права научной гипотезы. После подтверждения дальнейшими теоретическими исследованиями и новыми наблюдениями детально разработанная гипотеза становится научной теорией.
Но даже и научную теорию не следует считать последним и совершенно исчерпывающим словом науки. Мы знаем много случаев, когда для объяснения одного и того же явления в науке одновременно разрабатывалось несколько различных взаимоисключающих теорий. Одним из таких случаев как раз и является проблема происхождения и развития звезд.
Хотя астрономы накопили богатый фактический материал о химическом составе и физических характеристиках звезд, проблема жизни звезд, их эволюции остается одной из самых спорных в современной астрономии.
Изучение судеб звезд встало в ряд наиболее актуальных астрономических проблем в двадцатые годы нашего столетия, после того как астрономы научились надежно определять температуру поверхности звезд и межзвездные расстояния.
Видимые на небе звезды заметно различаются по своему блеску. Во многих случаях это объясняется тем очевидным обстоятельством, что они удалены на различные расстояния: более близкие звезды выглядят для нас более яркими. Зная истинные расстояния до звезд, астрономы научились путем вычислений теоретически как бы «отодвигать» или, наоборот, «придвигать» все исследуемые звезды на одинаковое стандартное расстояние от Солнца в 32,6 световых года. Тем самым открылся путь для сравнения яркости различных звезд и определения их истинной яркости, т.е. того количества лучистой энергии, которое они излучают в окружающее пространство.
Независимо друг от друга датчанин Эйнар Герцшпрунг и американец Генри Рессел обратили внимание на то, что два характерных признака — истинная яркость и температура поверхности — дают возможность разделить все множество звезд на очень небольшое число четко разграниченных групп. Этот результат наглядно виден на диаграмме, справедливо носящей название диаграммы Герцшпрунга—Рессела.
При построении диаграммы используются все звезды, для которых известны температура поверхности и истинная яркость. Шкалой температур служит ось абсцисс. По оси ординат откладывают истинную яркость звезд — чем большее количество энергии излучает звезда, тем выше должно быть ее положение на оси ординат. Каждой звезде с известными характеристиками на диаграмме Герцшпрунга—Рессела соответствует одна точка; положение этой точки определяется данными о температуре и истинной яркости звезды.
Вам должно сразу броситься в глаза, что точки на диаграмме Герцшпрунга — Рессела не разбросаны хаотично. Подавляющее большинство их ложится на так называемую главную последовательность— полосу диаграммы, протянувшуюся с плавным изгибом из левого верхнего угла в правый нижний. Звезды, которые попадают в эту полосу диаграммы Герцшпрунга—Рессела, астрономы называют звездами главной последовательности.
Небольшая часть точек попадает в область левее и ниже главной последовательности. Они относятся к звездам с очень высокой температурой поверхности и ненормально малой истинной яркостью. Эти звезды составляют группу белых карликов.
Отдельную группировку образуют звезды в правом верхнем углу диаграммы. Они имеют небольшую температуру поверхности, но светят необычайно ярко. В эту область диаграммы попадают красные гиганты и сверхгиганты.
Диаграмма Герцшпрунга—Рессела невольно наталкивает на мысль, что мир звезд вовсе не является застывшим: ее характерные особенности явно связаны с различными этапами жизни звезд. Но в какую сторону идет процесс старения звезд? Может быть, вновь родившиеся звезды расположены в левом верхнем углу диаграммы и по мере роста они медленно спускаются вдоль главной последовательности в ее нижнюю часть? А может быть, процесс идет как раз в противоположном направлении: в молодости звезды бывают холодными и неяркими, а с течением времени разогреваются и светят гораздо ярче? Что представляют из себя такие особые группы звезд, как белые карлики и красные гиганты?
Ответы на эти вопросы стали мало-помалу проясняться, лишь когда астрономы и физики, совместными усилиями обнаружили источник звездной энергии—термоядерную реакцию перехода водорода в гелий.
Расчеты показали, что к числу короткоживущих звезд принадлежат в первую очередь наиболее горячие звезды с большой истинной яркостью. Они расходуют свое водородное «горючее» настолько расточительно, что длительность их существования при наблюдаемых темпах переработки водорода может быть в космическом масштабе времени лишь очень непродолжительной. Следовательно, подобная звезда должна либо быстро изменить «образ жизни», либо погибнуть.
Очень молодыми оказались переменные звезды с неправильным изменением блеска типа Т Тельца.
Известный советский астрофизик В. А. Амбарцумян открыл, что звезды этого типа, так же как и горячие звезды с большой истинной яркостью, образуют в пространстве компактные звездные ассоциации, находящиеся, как правило, внутри плотных облаков межзвездного газопылевого вещества.
Это значит, что процесс образования молодых звезд продолжается в Галактике и поныне, причем звезды рождаются не поодиночке, а целыми группами.
Детальное изучение переменных звезд типа Т Тельца позволило предложить стройную теорию рождения звезды.
Рассмотрим холодное межзвездное облако пыли и газа с массой, примерно равной массе нашего Солнца, и размерами, достигающими размеров современной Солнечной системы. Физики видят ряд причин, по которым равновесие внутри такого облака может быть внезапно нарушено и все его частицы с ускорением свободного падения устремятся к центру. Для описания подобного явления астрономы используют термин коллапс—стремительное сжатие. Коллапсирующее облако по космическим масштабам времени в мгновение ока — всего за половину земного года — уменьшается до размеров, которые лишь в 100 раз превышают нынешние размеры Солнца. В этот период мы уже имеем дело не с облаком газопылевой материи, а с рождающейся звездой.
Освобождение огромного количества внутренней энергии облака приводит к его разогреву. Температура поверхности звездного «эмбриона» достигает еще всего только 4000 К, но суммарная яркость всей огромной поверхности облака в сотни раз превосходит яркость Солнца. Весь описанный процесс идет настолько стремительно, что постороннему наблюдателю из другого мира должно казаться, будто на небе среди холодной газопылевой межзвездной материи практически мгновенно загорается неизвестная раньше звезда.
Во второй фазе своей эволюции формирующаяся звезда быстро вращается, из ее недр через разные промежутки времени вырываются мощные струи вещества, которые способны унести в общей сложности до одной трети первоначальной массы сжавшегося облака.
Со стороны блеск такой формирующейся звезды должен изменяться быстро и без всякой регулярности, иными словами, для земного наблюдателя это будет типичная неправильная переменная звезда типа Т Тельца.
Период жизни формирующейся звезды с массой, примерно равной массе Солнца, в стадии неправильной переменной типа Т Тельца может достигать 50 млн. лет. Постепенно размеры такой звезды сокращаются до размеров Солнца, утечка вещества из недр замирает, температура недр достигает критического значения в 10 млн. градусов, и термоядерная реакция перехода водорода в гелий становится основным источником излучаемой звездной энергии. Молодая звезда полностью сформировалась: она достигла третьей, стабильной стадии своего существования, в которой может спокойно находиться несколько миллиардов лет. Температура поверхности и истинная яркость этой звезды теперь полностью соответствуют характеристикам звезд главной последовательности диаграммы Герцшпрунга — Рессела.
Некоторые астрономы придерживаются той точки зрения, что звезды рождаются не из разреженного газопылевого облака, а из сверхплотного, еще не известного науке дозвездного вещества. В результате чудовищного взрыва такое сверхплотное дозвездное вещество распадается на отдельные фрагменты, каждый из которых, расширяясь до нормального звездного состояния, становится отдельной звездой. Как видно, эта точка зрения диаметрально противоположна теории коллапса газопылевого облака.
Время и новые научные поиски действительно способны разрешить любой самый сложный научный спор. А пока в вопросе о происхождении звезд остается еще много места для очень противоречивых взглядов.
Приложение (таблицы)
Заключение
«А зачем вообще нужна астрономия?» Неплохой вопрос для начала, тем более что отвечать на него все равно придется.
Как правило, мы не задумываемся, откуда взялось деление времени на часы и минуты, и почему самолет, вылетевший из одного аэропорта, спокойно приземляется в другом, а не блуждает беспомощно над землей в поисках места, где можно совершить посадку. Или как корабли находят дорогу в нужный порт, даже когда приходится плыть вдали от суши, и никто не подскажет правильного направления.
Оказывается всему этому мы обязаны астрономии. АСТРОНОМИЯ-это наука о звездах и планетах, о галактике и межпланетном пространстве, о кометах и метеоритах, о космических взрывах и звездных туманностях, в общем, это наука обо всей гигантской Вселенной вокруг нашей планеты и о самой Земле в этой загадочной, непонятной и полной всяких тайн Вселенной.
Наша Земля - всего только одно из бесчисленных небесных тел, и даже причина ее возникновения остается предметом особого научного спорта. Жизнь на Земле подчинена тому, что происходит на небе-смене дня и ночи, времен года, полнолуниям и солнечным затмениям.
Список используемой литературы
1. Гурштейн А. А. Извечные тайны неба: Кн. для учащихся. – М.: Просвещение, 1984.
2. География и астрономия: Универ. Энцикл. шк. – Мн.: Валев, 1995.
