Реферат Современная модель эволюции 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
Московский Экономический Институт
Отделение “Бухгалтерский Учет и Аудит”
Реферат по предмету
“Концепция Современного Естествознания”
на тему “Современная модель эволюции Вселенной”
Студентки курса ФНО-1 _______________ Минаевой О.А.
Преподаватель _______________ д.и.н. Ратников В.П.
Москва, 1999 г.
Содержание
Введение 3
Познание Вселенной человеком 5
Как раскрывают тайны Вселенной 9
Космос, галактики, звезды 10
Семья Солнца 14
Заключение 20
Список использованной литературы 22
Введение
История окружающего нас мира, история Вселенной - это вопрос, который волновал человечество, начиная с самых ранних ступеней познания. Мифы и религиозные учения предполагают свои “космологические системы”, свои теории эволюции Вселенной.
Эволюция Вселенной, начиная с Большого взрыва, рассматривается как совместное развитие микро- и макроявлений, включающее процессы дифференциации и усложнения в микро - и макроветвях эволюции.
Наша Вселенная участвует в закономерном эволюционном процессе.
Но было бы ошибкой процесс эволюции Вселенной, равно, как и всякой другой материальной системы, отождествлять лишь с одной прогрессивной ветвью развития. Развитие всегда состоит из двух ветвей или этапов - прогрессивного и регрессивного, которые объединяются одной общей характеристикой: необратимостью происходящих в них изменений.
Состояние вещества и ход физических процессов, сами понятия о времени и пространстве в “ранний” период эволюции Вселенной, когда плотность была грандиозна, еще недостаточно ясны и, вероятно, существенно отличаются от понятий физики сегодняшнего дня.
Но качественные изменения во Вселенной происходили не только в далеком прошлом. Имеются теоретические предположения, что при определенных условиях эволюция звезд приводит к образованию так называемых “черных дыр”. Поле тяжести у поверхности этих дыр так велико, что силы гравитации “сковывают” в этой части пространства все виды лучистой энергии, в том числе и свет. Поэтому эти массивные звезды становятся невидимыми, если только на них не падает вещество извне. Выяснение того, как при этом все же обнаружить “черные дыры”, является одной из интереснейших задач современной астрофизики.
Вселенная – это материальный мир, рассматриваемый со стороны его астрономических аспектов. Существуют разные модели Вселенной: “Вселенная Эйнштейна”, “Вселенная Фридмана”, “Вселенная Леметра”, “Вселенная Наана”, “Вселенная Зельманова”, соответствующие разным представлениям о ней как в целом.
Современная картина эволюционирующей Вселенной – не только расширяющейся, но и буквально “взрывающейся”, - пожалуй, так же мало похожа на картину статичной Вселенной, которую рисовала астрономия начала XX в., как современные представления о взаимопревращаемости атомов и элементарных частиц на неделимые атомы классической физики.
Научная постановка вопроса об истории Вселенной-одно из важнейших завоеваний современной науки. Астрономия использует наблюдения с помощью телескопов, исследует спектры далеких небесных тел, изучает радиоволны, приходящие из самых отдаленных областей. Выводы из этих наблюдений делаются с учетом законов природы, изученных в земных лабораториях. Мы используем данные о спектрах атомов, о законах излучения и распространения радиоволн. Мы применяем к Вселенной и к огромным скоплениям звезд теорию всемирного тяготения, проверенную в земных условиях и в Солнечной системе, в частности по движению созданных человеком космических аппаратов.
Большим достижением нашего века является установление факта эволюции, изменяемой Вселенной. Звезды расходуют свой запас горючего - водорода. Горение здесь заключается в превращении водорода в гелий путем ядерных реакций. Удаляются друг от друга огромные скопления звезд. Частью такого скопления является и наша Галактика с ее 100 тыс. млн. звезд. Нужно только помнить, что ни сама Земля, ни Солнечная система, ни Галактика не расширяются.
Новое, открытое в 1965 г. излучение объясняется тем, что много миллиардов лет назад вся Вселенная была совершенно не похожа на современную. Все пространство было заполнено тем, что физики называют плазмой,- горячим газом, состоящим из электронов, ядер водорода и гелия и излучением. Частицы излучения при этом даже преобладали. Вселенная расширялась, и в ходе этого расширения происходило постепенное изменение, остывание плазмы. Радиоволны, наблюдаемые в настоящее время, - это потомки горячего излучения в прошлом. Такой вывод подтверждается и спектром радиоволн - теория позволяет правильно предсказывать потоки волн в разных диапазонах.
С охлаждением связано и выделение отдельных небесных тел. Всем известно, что при охлаждении теплого воздуха возникает туман: водяные пары, содержавшиеся в воздухе, превращаются в капельки воды. Нечто похожее происходит при охлаждении и с плазмой: электроны и ядра объединяются в атомы, атомы объединяются в облака газа, далее эти облака распадаются на отдельные звезды. Часть вещества и сейчас остается в форме газа.
Подробное теоретическое исследование процесса образования Галактик и звезд является одной из центральных задач астрофизики.
Познание Вселенной человеком
Первоначально небеса изображались весьма похожими на земной мир.
Повседневные наблюдения говорили также, что земля неподвижна и, кроме земного мира, не может быть ничего сущего.
Изо дня в день, из года в год человек убеждался на опыте, что Солнце, Луна, планеты и звезды движутся по небу, восходят на востоке и заходят на западе.
Историки древнего мира говорят, что уровень, достигнутый древней астрономией, был очень высок. Это верно. Но нельзя забывать, что астрономия была в ту пору чисто описательной наукой, бессильной что-либо противопоставить религиозным представлениям об устройстве мира. От нее была совершенно скрыта действительная природа изучаемых ею явлений.
Поэтому размышления древних о природе небес строились главным образом на домыслах, обрастали фантастическими, часто религиозными образами.
Древнегреческий математик Пифагор (VI в. до н. э.), много путешествовавший, первым высказал мысль о шарообразности Земли. Философ Аристотель (IV в. до н. э.) доказывал, что Земля - шар, ибо в южных странах на небе появляются новые созвездия, невидимые в северных, а чем дальше мы двигаемся к северу, тем все больше появляется на небосводе незаходящих звезд.
Постепенно идея о том, что Земля - шар, висящий в пространстве и ни на что не опирающийся, все шире распространялась среди античных мыслителей.
Так шаг за шагом двигались люди к разгадке тайны мироздания. Однако на этом пути у них были два серьезных препятствия. Во-первых, люди не имели необходимых для наблюдения небесных тел приборов. Во-вторых, успехи античной науки были на много столетий приостановлены утверждением христианства.
Еще в древнегреческой философии возникло течение, резко противопоставлявшее небесное и земное. В то время как великий материалист древности Демокрит (V - IV в. до н. э.) развенчивал веру в богов и отрицал божественность небесных светил, Платон (V - IV в. до н. э.) философ-идеалист, говорил, что астрономия изучает на небе идеальный мир, соответствующий достоинствам обитающих там богов. Все небесное, по учению Платона, вечно и неизменно. Это представление поддерживал и ученик Платона Аристотель. Он считал, что земной мир состоит из четырех элементов - огня, воздуха, воды и земли.
Представления Платона и Аристотеля оказали сильное влияние на картину мира, созданную греческим астрономом Птолемеем во II веке до нашей эры. Птолемей пытался объяснить видимые движения по небосводу планет Солнечной системы -Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна. Птолемей же считал, что Земля находится в центре мира и не может двигаться. Поэтому он придумал сложную схему, согласно которой Солнце оказывается на третьем месте от Земли, а все планеты движутся не только вокруг Земли, но еще и по дополнительным орбитам, объясняющим видимые пути планет на земном небе.
Система Птолемея легла в основу христианской космологии. По учению христианской церкви, человек - царь природы. Ради него созданы Земля и Солнце, небеса и преисподняя.
Так выглядели небеса на протяжении многих лет господства христианской веры.
Рассмотренные этапы человеческих представлений о Земле и Вселенной являлись, таким образом, смесью наблюдений и домыслов. Небесный мир строился поэтому или по прямой аналогии с земным или в прямом противопоставлении ему.
Но наука не может опираться только на здравый смысл, ограничивающийся рамками каждодневной обыденности. Она утверждает, что мир бесконечен в своих масштабах и свойствах и то, что оказывается, бесспорно правильным в окружающем человека земном мире, неприменимо в мире мельчайших частиц материи - молекул и атомов или в мире бесконечно больших космических тел - звезд и галактик. Наблюдение и опыт, научные эксперименты, в конечном счете общественная и производственная практика - вот единственно верные средства отличить истину от заблуждения, говорят ученые. Только эти средства могут подтвердить или опровергнуть смелые предположения человеческого разума.
Система Птолемея была поставлена под сомнение польским математиком и астрономом Николаем Коперником (1473-1543). Выдающийся мыслитель, Николай Коперник в течение более чем 30 лет разрабатывал идею гелиоцентрической картины мира (от греческого “гелиос” - солнце), в соответствии с которой Земля оказывается рядовой планетой, в числе прочих обращающейся вокруг центрального светила - Солнца. Коперник решительно отбросил былые предрассудки о том, что Земля является центром мира и центром тяжести, вокруг которого якобы должны двигаться все небесные тела.
Коперник доказывал, что не Вселенная движется вокруг неподвижной Земли, а, наоборот, Земля перемещается в космическом пространстве.
Но идеи Коперника были поначалу только гипотезой, не доказанной фактами. Ведь в XVI веке астрономия не обладала приборами, способными помочь человеку постичь природу небесных тел. Все известные тогда астрономические инструменты имели значение для наблюдательной астрономии, помогали изучать видимые движения и положение звезд и планет на небосклоне. Эти наблюдения, в конце концов, тоже сыграли свою роль в создании подлинной картины мира, но они не могли рассказать людям об устройстве, размерах небесных тел и масштабах Вселенной.
Гипотеза Коперника противоречила христианскому учению о месте человека в мире. Она подрывала ту древнюю картину Вселенной, которая была закреплена в “священном писании” (Библии).
Прежде всего, оказалось, что небеса состоят из таких же материальных объектов, как и Земля: на Луне обнаружились горы, “моря” и долины; на Солнце - пятна; Млечный Путь распался на бесчисленное множество отдельных звезд и т. д.
Оказалось также, что неверна и теория о тяготении всех небесных тел к центру мира - Земле. Уже при первых наблюдениях Галилей (1564-1642) обнаружил, что вокруг планеты Юпитер движутся четыре спутника и что, следовательно, во Вселенной помимо Земли могут быть другие центры притяжения.
Наблюдения Венеры обнаружили, что она проходит, подобно Луне, смену видимых фаз, приобретая вид то узкого серпика, то полного диска. Это было прямым доказательством ее обращения вокруг Солнца.
Так за несколько месяцев рухнула под ударами новых фактов вся средневековая картина мира. Недаром Галилея, совершившего этот научный подвиг современники прозвали Колумбом Вселенной.
Вплоть до начала нынешнего столетия в науке господствовала возникшая в Новое время ньютоновско-картезианская парадигма - система мышления, основанная на идеях И. Ньютона и Р. Декарта.
Учения Декарта и Ньютона отбросили один очень важный момент - фигуру Бога. Рационально-механистический образ мира, сформировавшийся в трудах последователей, демонстрирует нам мир как единый и единственный: мир твердой материи, подчиненный жестким законам. Сам по себе он лишен духа, свободы, благодати, он безмолвен и слеп. Понятая действительность - гигантские космические просторы, в которых движутся по четким траекториям массы материи - не несет в себе никакой необходимости появления человека и сознания. Человек в этом мире - ошибка, описка, курьезный случай. Он - побочный продукт звездной эволюции. Лишенная Бога и сознания Вселенная, не живет, а существует без смысла и цели, более того, всякий смысл для нее - ненужная роскошь, разрушающаяся под влиянием закона энтропии.
Механистическая Вселенная Ньютона состоит из атомов - маленьких неделимых частиц, обладающих постоянной формой и массой и связанных таинственным законом тяготения. Она организована в трехмерное пространство классической эвклидовой геометрии. Это пространство абсолютно, постоянно и всегда находится в покое. Оно представляет собой большое вместилище тел, само по себе нисколько от них не завися, и лишь предоставляя им возможность перемещения под воздействием силы притяжения. Точно так же время являет собой чистую длительность, оно абсолютно, автономно и независимо от материального мира. Однородным и неизменным потоком течет оно из прошлого через настоящее в будущее. В целом Вселенная предстает как огромный, полностью детерминированный часовой механизм, в котором действует непрерывная цепь взаимосвязанных причин и следствий. Если бы можно было получить точную информацию о каждом звене этой цепи, то стало бы вполне возможным совершенно точно реконструировать любую ситуацию прошлого и предсказывать события будущего без всяких погрешностей.
Вселенная, представленная виде комплекса механических систем, развивается без участия какого бы то ни было сознания и разума. Вся ее история, начиная от “большого взрыва’’ до сегодняшнего дня - результат слепого и стихийного движения материальных масс. Жизнь зарождается в первозданном океане случайно, как результат беспорядочных химических реакций, и пойди процесс чуть по-другому, сознание никогда не проявилось бы в бытие. С физикалистской точки зрения появление жизни и сознания - не только загадка, но и явление достаточно странное, абсурдное, так как оно противоречит второму началу термодинамики, утверждающему, что всякая сложная система неуклонно стремится стать простой, но не наоборот.
Полагая человека случайностью, механистическая наука не интересуется его судьбой, его целями и ценностями, которые выглядят смешными нелепостями, мгновенной вспышкой сознания в грандиозной машине бессмысленной Вселенной. Субъективное перемалывается жерновами объективного. Мир выглядит как нечеловекоразмерный, бесстрастно уничтожающий все человеческое, да и просто не замечающий его.
В начале XX в. был сделан целый ряд открытий, в корне изменивших видение мира современным естествознанием. Теория относительности А. Эйнштейна, опыты Резерфорда с альфа-частицами, работы Нильса Бора, исследования в химии, биологии, психологии и других науках показали. что мир гораздо разнообразнее, сложнее, чем это представлялось механистической науке, и что сознание человека изначально включено в само наше восприятие действительности.
Согласно теории относительности пространство не трехмерно, а время не линейно. И то, и другое не являются отдельными самостоятельными сущностями. Они тесно переплетены и образуют пространственно-временной континуум. Поток времени не является равномерным и однородным, он зависит от позиции наблюдателя и его скорости относительно наблюдаемого события. Кроме того, в общей теории относительности речь идет о том, что пространство и время находятся в тесной связи с массой тел: возле гигантских космических тел пространство способно искривляться, а время - замедляться.
Нобелевский лауреат Илья Пригожин положил начало новому принципу осмысления действительности. В свете этого принципа, признающего за Вселенной первичную динамическую неопределенность, оказалось возможным выработать новое понимание эволюции. Второй закон термодинамики не всесилен, ибо все существующие системы имеют прирожденную способность мутировать в направлении большей сложности. Одна и та же энергия, одни и те же принципы обеспечивают эволюцию на всех уровнях: от физико-химических процессов до человеческого сознания и социокультурной информации. Вселенная оказывается единой во всех своих пластах, живой, развивающейся, восходящей на новые ступени бытия.
На базе подходов, отбросивших старые представления, возникают радикалистские взгляды. Вселенная - это бесконечная сеть взаимосвязанных событий. Они как зеркала, отражающиеся друг в друге, как живой клубок, где одно непрерывно перетекает в другое. Все теории естествознания - лишь создания человеческого разума, только версии бытия.
Современные естествоиспытатели все более обращаются к опыту индуизма, буддизма, даосизма, к оккультным учениям, усматривающим в основе мироздания творческое сознание. Человек, таким образом, перестает быть обмолвкой природы, а становится законным проявлением внутренних потенций действительности. Одна из его главных задач - познание собственного места в бытии и понимание того, что вся Вселенная пронизана токами разума, наполнена смыслом.
Как раскрывают тайны Вселенной
Научное исследование природы человеком никак не могло ограничиться простым созерцанием окружающего мира и отвлеченными логическими рассуждениями о его возможном устройстве. Чтобы открыть закономерности тех или иных явлений, изучить строение природных объектов, людям необходимы были, прежде всего, наблюдения и опыты.
Первый, начальный этап любого исследования - наблюдение, второй, наиболее действенный способ - эксперимент.
Неудивительно поэтому, что познание человеком окружающего мира началось с изучения тех объектов и явлений, которые он мог непосредственно наблюдать, осязать, с которыми он сталкивался в своей повседневной жизни, в производственной практике.
Что же касается внутренней сущности явлений, глубоких закономерностей, лежащих в их основе, то люди задумывались об этом еще в глубокой древности, но в те времена они могли высказывать на этот счет в большинстве случаев лишь чисто умозрительные догадки. И лишь на определенном этапе своего развития наука получила возможность изучать не только то, что лежит на поверхности, но и то, что скрыто от непосредственного наблюдения.
Важнейшим поворотным этапом в развитии науки, с которого, по существу, началось научное исследование природы, явилось, как уже было сказано, учение польского астронома Николая Коперника.
Заслуга Коперника состояла не только в том, что он создал гелиоцентрическое учение о строении мира, но и в том, что вместо принципа “Мир таков, каким мы его наблюдаем” он утвердил в естествознании иное положение: “Мир не таков, каким он нам кажется”. И задача естествознания в том и состоит, чтобы вскрывать эту внутреннюю природу явлений.
Когда наука проникла в мир атома, в мир микропроцессов, она столкнулась с целым рядом “странных”, “диковинных” явлений, но так и должно быть.
И нет ничего поразительного в том, что поиск этих закономерностей идет не только в земных физических лабораториях, но и в лаборатории космоса. Ведь, в конечном счете, любой космический объект, какими бы гигантскими масштабами он ни обладал, состоит из элементарных частиц. Поэтому физика и астрономия тесно связаны между собой. Но если в физике основным средством познания является эксперимент, то астрономия - наблюдательная наука, что неизбежно затрудняет изучение космических процессов и объектов.
Все сведения о космических объектах приносят на Землю различные излучения -электромагнитные волны и потоки корпускул - частиц вещества. Свойства таких излучений зависят от характера физических процессов, которые их породили. Исследуя эти свойства, астроном может многое узнать о природе явлений, которые происходят в глубинах Вселенной.
Первым вестником далеких миров был световой луч. Да и по сей день наибольшее количество сведений о космических процессах приносит свет. Поэтому основа основ астрономии, ее неизменный фундамент - изучение космических световых лучей...
Космос, галактики, звезды
В ясную погоду можно насчитать на небосводе до трех тысяч звезд. Но это лишь очень небольшая часть тех звезд и других космических объектов, которые существуют в нашей области мира...
В безлунные ночи хорошо виден Млечный Путь, протянувшийся от одной стороны горизонта до другой. Он кажется скоплением светящихся туманных масс. Но стоит направить на Млечный Путь телескоп, и мы сразу обнаружим, что он состоит из множества звезд. Эта звездная система, к которой принадлежит и наше Солнце, получила название Галактики
Изучать нашу Галактику необычайно сложно. Это одна из труднейших задач науки. Ведь мы находимся внутри этой Галактики и не можем ни вылететь за ее пределы, ни побывать в различных ее точках. Тем не менее, наука преодолевает эти трудности.
И сегодня мы уже достаточно уверенно можем говорить о том, как же выглядит наш звездный остров. В центре его находится ядро, окруженное множеством звезд. От него отходит несколько могучих спиральных ветвей...
Наша Галактика столь велика, что ее размеры нелегко себе представить: от одного ее края до другого световой луч путешествует около 100 тысяч земных лет.
Большая часть звезд нашей Галактики сосредоточена в гигантском “диске” толщиной около 1500 световых лет. На расстоянии около 30 тысяч световых лет от центра Галактики расположено наше Солнце.
Основное “население” Галактики - звезды. Мир этих небесных тел необыкновенно разнообразен. И хотя все звезды - раскаленные шары, подобные Солнцу, их физические характеристики различаются весьма существенно. Есть, например, звезды гиганты и сверхгиганты. По своей величине они значительно превосходят Солнце.
Еще большей плотностью обладают так называемые нейтронные звезды. Нейтронная звезда - это громадное атомное ядро. Существование нейтронных звёзд было теоретически предсказано еще в 30-х годах. Однако обнаружить их удалось только в 1967 году по необычному импульсному радиоизлучению.
Звезды обладают различными поверхностными температурами - от нескольких тысяч до десятков тысяч градусов. Различен и цвет звезд. Сравнительно “холодные” звезды - с температурой около 3-4 тыс. градусов - красноватого цвета. Наше Солнце, поверхность которого “нагрета” до 6 тысяч градусов, обладает желто-зеленым цветом. Самые горячие звезды - с температурой, превосходящей 10 - 12 тысяч градусов, - белые и голубоватые.
Температура поверхности Солнца составляет около 6000 C0.
Звезды обычно кажутся нам неподвижными. Но это лишь видимость. Так, нам кажется, что Солнце движется по небу относительно неподвижной Земли, а на самом деле наша планета вращается вокруг дневного светила. Нам кажется, что Солнце и Луна имеют примерно одинаковые размеры, а в действительности Солнце во много раз больше естественного спутника Земли, но расположено гораздо дальше Луны...
Движутся и звезды. Но для того чтобы заметить их перемещение, надо сравнивать положение звезд на небе через достаточно длительные промежутки времени, например через десятки лет.
Один из самых грандиозных физических процессов во Вселенной - вспышки так называемых новых и сверхновых звезд. В действительности звезда существует и до вспышки. Но в какой-то момент под действием бурных физических процессов такая звезда неожиданно увеличивается в объеме, “раздувается”, сбрасывает свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выделяет чудовищную энергию, светя, как миллиарды солнц. Затем, исчерпав свои ресурсы, эта звезда постепенно тускнеет, а на месте вспышки остается газовая туманность.
Наше Солнце – “одинокая” звезда. Она лишена подобных себе горячих спутников. Но во Вселенной есть двойные, тройные и более сложные звездные системы, члены которых связаны друг с другом силами взаимного притяжения и обращаются вокруг общего центра масс. Некоторые скопления содержат десятки, сотни и тысячи звезд. А число звезд в больших шаровых скоплениях достигает даже сотен тысяч.
Межзвездное пространство тоже не пусто. Оно заполнено газовыми и пылевыми частицами, которые в некоторых местах образуют гигантские облака - туманности, светлые и темные.
Звезды, составляющие Галактику, движутся вокруг ее центра по очень сложным орбитам. С огромной скоростью - около 250 км/сек. несется в мировом пространстве и наше Солнце, увлекая за собой свои планеты. Солнечная система совершает один полный оборот вокруг галактического центра за 180 млн. лет.
Ближайшие к нашей Галактике звездные системы удалены от нас на расстояние около 150 тыс. световых лет. Они видны на небе Южного полушария как маленькие туманные пятнышки.
Наша Галактика и другие соседние звездные системы образуют Местную систему галактик. В ее состав входит 16 галактик, а поперечник ее равен 2 млн. световых лет. Исследования показывают, что звездные острова, галактики - типичные объекты Вселенной. Астрономам теперь известно великое множество галактик во всех участках небесной сферы.
Галактики имеют разнообразную форму и строение. Есть галактики шаровые и эллиптические, галактики в форме диска, спиралевидные, подобно нашей, наконец, галактики неправильной формы. В области, доступной современным средствам астрономических исследований, насчитываются миллиарды галактик. Их совокупность ученые назвали Метагалактикой.
Вселенная - это вовсе не простая совокупность небесных тел, в ней постоянно происходят чрезвычайно сложные и многообразные физические процессы.
И именно с этой точки зрения изучение Вселенной представляет наибольший интерес для современного естествознания. Космос - бесконечно разнообразная лаборатория, где можно изучать такие состояния материи, такие физические условия и процессы, которые недостижимы у нас на Земле.
Стремительный прогресс науки и техники в период научно - технической революции, современниками которой мы являемся, ведет ко все новым и новым открытиям, все более глубокому проникновению в самые сокровенные тайны природы, к дальнейшему познанию фундаментальных законов мироздания. И Вселенная в наше время становится все более важным источником уникальной информации о явлениях природы.
Галактики разбегаются от нас во всех направлениях и, чем дальше находится та или иная галактика, тем с большей скоростью она движется. Происходит общее расширение Метагалактики, которое совершается таким образом, что скорость взаимного удаления двух звездных систем тем выше, чем больше расстояние между ними.
Картину взаимного разбегания галактик можно мысленно повернуть вспять, и тогда мы придем к выводу, что в отдаленном прошлом, около 15-20 миллиардов лет назад, материя находилась в ином состоянии, нежели в нашу эпоху. Тогда не было еще ни звезд, ни планет, ни туманностей, ни галактик. Вся материя была сосредоточена в очень плотном компактном сгустке горячей плазмы - смеси элементарных частиц вещества и излучения. Затем произошел взрыв этого сгустка и началось его расширение, в процессе которого образовались сначала атомы, а затем звезды, галактики и все другие космические объекты.
Так возникла теория расширяющейся Вселенной - одна из наиболее впечатляющих научных теорий XX столетия. Представления о неизменной, стационарной Вселенной уступили место новым представлениям о Вселенной, меняющейся с течением времени. Это был новый, чрезвычайно важный шаг в познании свойств окружающего нас мира. Дальнейшие исследования показали, что различные нестационарные явления вообще играют важную роль в современной Вселенной.
Теория предсказывала, что, когда в процессе расширения температура среды упадет до нескольких тысяч градусов, она станет прозрачной для электромагнитных волн. Тогда электромагнитное излучение как бы “оторвется” от вещества и постепенно заполнит все пространство Вселенной. И действительно, в середине 60-х годов реликтовое излучение удалось зарегистрировать.
Исследование его физических свойств показало, что первоначальное вещество действительно обладало чрезвычайно высокой температурой. Тем самым было получено наблюдательное подтверждение справедливости теории горячей расширяющейся Вселенной. Существование реликтового излучения - очень важное, решающее подтверждение того фундаментального факта, что мы, в самом деле, живем в расширяющейся Метагалактике.
Следовательно, Вселенная не всегда была такой, как в современную эпоху. Она изменяется с течением времени; ее прошлое не тождественно настоящему, а настоящее - будущему. Таким образом, когда-то нашей Вселенной вообще не существовало, хотя и тогда была материя, из которой она впоследствии образовалась. Материальный мир вечен, а Вселенная - его часть, выделенная человеком. В процессе своей познавательной и практической деятельности человек выделяет, вычленяет из бесконечно разнообразного материального мира определенные объекты, явления, связи, взаимодействия. Это как бы конечный “срез” бесконечно разнообразного мира - наша Вселенная, или, как ее иногда называют Вселенная естествоиспытателя.
Если в первой половине XX столетия астрофизики интересовались главным образом изучением тех свойств космических объектов, которые характеризуют их современное состояние, то в последние десятилетия астрофизика превратилась в эволюционную науку, в центре внимания которой находятся закономерности происхождения и развития космических объектов.
Если мы будем знать закономерности эволюционных процессов, то сможем прогнозировать развитие космических явлений и будущие состояния космических объектов, исходя из их современных состояний. А это задача, имеющая не только чисто теоретическое, но и огромное практическое значение: ведь в физическом отношении мы сами являемся частью Вселенной и наше существование тесно связано с “космической обстановкой”.
В современной астрофизике существуют две основные концепции по возникновению и развитию космических объектов. Одна из них, наиболее распространенная, - ее часто называют “классической” - исходит из того, что космические объекты образуются в результате сгущения конденсации рассеянного диффузного вещества - газа и пыли. Согласно другой концепции, развиваемой известным советским ученым академиком В. А. Амбарцумяном, космические объекты возникают в результате распада на части, фрагментации плотных или сверхплотных “прототел”, сгустков “дозвездного” вещества. Какая из этих гипотез более справедлива - покажут будущие исследования.
В 1963 году на очень больших расстояниях от нашей Галактики, на границах наблюдаемой Вселенной, были обнаружены удивительные объекты, получившие впоследствии название квазаров. При сравнительно небольших размерах, квазары выделяют колоссальную энергию, примерно в 100 раз превосходящую энергию излучения самых гигантских галактик, состоящих из десятков и сотен миллиардов звезд.
Оказывается, чем дальше от нас находится тот или иной космический объект, тем в более отдаленном прошлом мы его наблюдаем. Это связано с конечной скоростью распространения света. Хотя она и составляет 300 тысяч км/сек. даже при такой огромной скорости для преодоления космических расстояний необходимы долгие годы, десятки, сотни, миллионы и миллиарды лет. Поэтому, глядя на небо, мы видим космические объекты - Солнце, планеты, звезды, галактики в прошлом. Причем различные объекты - в разном прошлом. Например, Полярную звезду - такой, какой она была около шести веков назад.
Все это говорит о том, что излучение квазаров и активность ядер галактик связаны со сходными физическими процессами. Однако вопрос о природе этих процессов все еще остается открытым.
Еще один очень интересный вопрос, связанный с изучением Вселенной, - геометрические свойства пространства, его конечность или бесконечность. Эту проблему пытались решить еще великие философы древности.
В прошлом понятие Вселенной отождествлялось с понятием материального мира. И когда речь шла о конечности или бесконечности Вселенной, то фактически рассматривался вопрос о конечности или бесконечности материальною мира.
На протяжении истории науки представления о геометрических свойствах пространства менялись не раз. Аристотель и Птолемей ограничивали мир “сферой неподвижных звезд”, классическая физика Ньютона, наоборот, приходила к выводу о бесконечности мирового пространства. И лишь с возникновением теории относительности А. Эйнштейна появилась возможность более глубоко разобраться в существе этой проблемы. Если физика Ньютона рассматривала пространство как простое вместилище небесных тел, то А. Эйнштейну удалось вскрыть тесную связь между геометрией пространства и материей.
Таким образом, пространство, в котором мы живем, искривлено. А в искривленном мире “неограниченность” и “бесконечность” - не одно и то же. Оказывается, неограниченное пространство, то есть пространство, не имеющее “края”, границы, в то же время может быть конечным, как бы замкнутым в себе.
Что касается мирового пространства, то его неограниченность не вызывает сомнения. Мир - это материя, а материя не может иметь границ в том смысле, что за материальным миром может располагаться нечто нематериальное. И это, разумеется, принципиальный философский вопрос - вопрос о материальном единстве мира.
Что же касается его конечности или бесконечности, то этот вопрос могут решить только конкретные науки - астрономия и физика.
Современные средства астрономических наблюдений - мощные телескопы и радиотелескопы - охватывают огромную область пространства радиусом около 12 миллиардов световых лет.
Развитие астрономии в XX веке выявило тесную взаимосвязь и взаимозависимость между существованием жизни на Земле и свойствами Вселенной. В физическом отношении человечество является частью Вселенной и подчиняется действующим в ней физическим и другим закономерностям. В частности, само возникновение жизни на Земле обусловлено всем ходом эволюции материи во Вселенной, эволюции, на определенном этапе которой сложились условия, сделавшие возможным образование живых структур.
Таким образом, в широком смысле слова Вселенная является средой нашего обитания. Поэтому немаловажное значение для практической деятельности человечества имеет то обстоятельство, что во Вселенной господствуют необратимые физические процессы, что она изменяется с течением времени. Человек приступил к освоению космоса, наши свершения приобретают все больший размах, глобальные и даже космические масштабы. И для того, чтобы учесть их близкие и отдаленные последствия, те изменения, которые они могут внести в состояние среды нашего обитания, в том числе и космической, мы должны принимать во внимание не только земные процессы, но и закономерности космического масштаба.
Семья Солнца
Солнечная система - это, прежде всего звезда Солнце и девять планет, обращающихся вокруг него. В порядке расстояний от светила, они располагаются следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Три последние планеты с Земли можно наблюдать только в телескопы. Остальные видны как более или менее яркие кружки и известны людям со времен глубокой древности.
Солнце служит центром притяжения не только для девяти больших планет, но и для десятков (а возможно, и сотен) тысяч различных космических тел: планетных спутников, астероидов, комет, а также метеоритов, частиц газопылевой материи, рассеянных атомов различных химических элементов, потоков атомных частиц и т. д.
Солнечная система, таким образом, весьма сложное образование, ряд закономерностей которого стал доступен для изучения лишь в последние десятилетия. Огромную роль в их исследовании приобретает сейчас космонавтика - наиболее мощное и перспективное средство познания Вселенной.
Один из центральных вопросов, связанных с изучением нашей планетной системы, - проблема ее происхождения. Как возникла семья небесных тел, обращающихся вокруг Солнца? Ответ на этот вопрос имеет не только важное естественнонаучное, но и мировоззренческое, философское значение. На протяжении веков ученые пытались выяснить прошлое, настоящее и будущее Вселенной. Нередко их представления были в той или иной степени связаны с господствовавшими религиозными воззрениями. Но еще в глубокой древности зародилась мысль, что мир не был создан никем из богов. Он всегда существовал и будет существовать. Одни миры возникают, развиваются, другие - разрушаются и умирают. Земля, как и другие миры, сформировалась в результате естественных причин.
Однако такие гениальные догадки настолько опережали эпоху, что не могли быть восприняты современниками. В споре о путях происхождения и развития Земли и планет столкнулись два прямо противоположных и непримиримых суждения о том, что лежит в основе мироздания - дух или вечно существующая материя? Создан ли мир богом, или он существует вечно?
В отличие от идеалистов, утверждающих первичность духа и считающих мир продуктом творения бога, материалисты признают первичность материи. Подтверждая свои выводы практикой исследований и наблюдений, основываясь на повседневном опыте, материалисты доказывают, что все небесные тела, в том числе Земля и планеты, могли возникнуть лишь из других форм материи, то есть, сформировались естественным путем. В наше время все сколько-нибудь значительные космогонические гипотезы являются последовательно материалистическими.
Важной закономерностью является то, что все планеты движутся вокруг Солнца в одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона) и почти по круговым орбитам.
По своим физическим характеристикам планеты образуют две различные группы, отличающиеся размерами, плотностью, химическим составом планет. Одна из них состоит из сравнительно небольших планет земной группы - Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Их вещество отличается высокой плотностью: в среднем около 5,5 г/см3
, что в 5,5 раза превосходит плотность воды. Другую группу составляют планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти планеты обладают огромными массами. Так, масса Урана равна 15 земным массам, а Юпитера - 318. Все планеты этой группы сравнительно быстро вращаются вокруг своей оси. Сутки на Нептуне длятся, например, 15 часов 48 минут, а на Юпитере - всего 9 часов 50 минут. Состоят планеты - гиганты главным образом из водорода и гелия, а средняя плотность их вещества близка к плотности воды. Судя по всему, у этих планет нет твердой поверхности, подобной поверхности планет земной группы. Особое место занимает девятая планета - Плутон, - открытая в марте 1930 года. По своим размерам она ближе к планетам земной группы. Не так давно астрономам удалось обнаружить, что Плутон - двойная планета: она состоит из центрального тела и очень большого спутника. Оба небесных тела обращаются вокруг общего центра масс. Плутон необычен и в другом отношении. В то время как орбиты всех остальных планет лежат приблизительно в одной плоскости, плоскость орбиты Плутона наклонена к ней под углом около 17 градусов.
Согласно современным представлениям, планеты Солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Наиболее последовательно такая точка зрения проведена в работах советского ученого академика О.Ю. Шмидта.
В основе теории О. Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем объединения твердых тел и пылевых частиц. Возникшее около Солнца газопылевое облако вначале состояло на 98% из водорода и гелия. Остальные элементы конденсировались в пылевые частицы. Однако беспорядочное движение газа в облаке быстро прекратилось: оно сменилось спокойным обращением облака вокруг Солнца.
Пылевые частицы сконцентрировались в центральной плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого “критического“ значения, его собственное тяготение стало “соперничать” с тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобрели почти круговые орбиты и в своем росте начали обгонять другие тела, став потенциальными зародышами будущих планет. Как более массивные тела, новообразования присоединили к себе оставшееся вещество газопылевого облака. В конце концов сформировалось девять больших планет, движение которых по орбитам остается устойчивым на протяжении миллиардов лет.
Таким образом, почти круговые орбиты планет явились результатом осреднения орбит тел, объединившихся в планеты. Деление планет на две группы связано с тем, что в далеких от Солнца частях облака температура была низкой и все вещества, кроме водорода и гелия, образовали твердые частицы. Среди них преобладали метан, аммиак и вода, определившие состав Урана и Нептуна. В составе самых массивных планет - Юпитера и Сатурна, кроме того, оказалось значительное количество газов. В области планет земной группы температура была значительно выше, и все летучие вещества (в том числе метан и аммиак) остались в газообразном состоянии и, следовательно, в состав планет не вошли. Планеты этой группы сформировались в основном из силикатов и металлов.
Научная теория происхождения Солнечной системы подтверждается многочисленными наблюдениями. Однако сейчас еще нельзя сказать, что процесс образования планет досконально изучен.
Центральное тело нашей планетной системы - Солнце. Оно могучий источник энергии: ежесекундно наше светило излучает такое количество тепла, которого вполне хватило бы, чтобы растопить слой льда, окружающий земной шар, толщиной в тысячу километров.
Ученые давно задумывались над тем, каким образом Солнце восполняет запасы своей энергии, столь щедро излучаемой в мировое пространство. На первых порах наиболее естественным считалось предположение, что энергия нашего дневного светила не пополняется. Но в таком случае температура Солнца должна была бы заметно понижаться (по расчетам, на 2 процента в год), а следовательно, непрерывно уменьшалось бы количество тепла и света, получаемых Землей. Между тем измерения, проводившиеся на протяжении ряда лет на специальных горных станциях, говорят о том, что поток светового и теплового излучения Солнца практически не меняется. А это означает, что энергия нашего светила постоянно пополняется из какого-то источника.
В свое время высказывалось предположение, что таким источником может служить непрерывное сжатие Солнца, происходящее под действием сил тяготения. Так действительно могло бы происходить, но тогда источника тепла и света хватило бы всего на 20 миллионов лет. Между тем геологические данные убедительно свидетельствуют, что наша планета существует не менее 5 миллиардов лет. Возраст Солнца, следовательно, по крайней мере не ниже этой цифры.
В настоящее время можно считать доказанным, что в недрах Солнца при огромнейших температурах - порядка миллионов градусов - и чудовищных давлениях протекают так называемые термоядерные реакции, которые сопровождаются выделением огромного количества энергии. Термоядерная реакция в недрах Солнца будет происходить до тех пор, пока не иссякнут запасы водорода. В настоящее время они составляют около 60% массы Солнца. Такого резерва должно хватить по меньшей мере на несколько десятков миллиардов лет. Следовательно, человечество на долгие времена обеспечено солнечным теплом и светом.
Наше Солнце - источник не только света и тепла: его поверхность излучает потоки невидимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также корпускул - заряженных частиц вещества. Воздействие этих излучений на характер процессов в земной атмосфере было замечено уже много лет назад. Но изучение их по-настоящему началось лишь в последние годы. Хотя количество тепла и света, посылаемого на Землю Солнцем, на протяжении многих сотен миллионов лет остается постоянным, интенсивность его невидимых излучений значительно меняется: она зависит от уровня так называемой солнечной активности.
Солнце оказывает заметное влияние не только на такие природные процессы, как погода, земной магнетизм, но и на биосферу - животный и растительный мир Земли, а также на человека.
Влияние солнечной активности на биологические процессы отмечалось многими исследователями. В конце прошлого столетия русский ученый Н. Шведов обнаружил связь между толщиной годичных колец у деревьев и циклами активности нашего дневного светила. Другие ученые установили связь между солнечной активностью и ростом морских кораллов, размножением рыб и грызунов, набегами саранчи.
Вернемся к нашим соседям по Солнечной системе. Начнем с ближайшего к нам небесного тела - естественного спутника Земли Луны.
Подобно тому, как наша Земля обращается вокруг Солнца, вокруг Земли движется Луна. Луна меньше Земли, ее поперечник составляет около одной четверти земного диаметра, а масса в 81 раз меньше массы Земли. Поэтому сила тяжести на Луне в 6 раз меньше, чем на нашей планете. Слабая сила притяжения не позволила Луне удержать атмосферу, по той же причине не может быть на ее поверхности и воды. Открытые водоемы быстро испарились бы, а водяной пар улетучился бы в космос.
Поверхность Луны весьма неровная: она покрыта горными хребтами, кольцевыми горами - кратерами и темными пятнами равнинных областей, называемых морями. Однако и в морях расположено много мелких кратеров. Длительное воздействие разнообразных внешних факторов привело к тому, что на поверхности Луны образовался рыхлый слой, покрывающий основную породу - риголит, состоящий из осколков магматических пород, шлакообразных частиц и застывших капель расплавленной магмы. Толщина его в разных районах колеблется от нескольких миллиметров до нескольких метров. Что касается лавы, заполняющей лунные бассейны, то она имеет внутреннее происхождение, и не могла образоваться в результате метеорных ударов. Но такие удары, возможно, вызвали нарушения лунной коры, открыв тем самым выход лавовым потокам на поверхность.
Для выяснения истории Луны очень важно знать возраст различных ее образований. С этой целью производилось определение возраста лунных пород, доставленных на Землю космическими аппаратами из различных районов лунной поверхности.
На основе имеющихся в настоящее время данных можно составить такую картину. В первые 500 миллионов лет происходило расплавление вещества Луны, хотя оно и не охватило всю массу сразу. К концу этого срока уже образовались континенты, а в период с 700 миллионов лет до 1,2 миллиарда лет - моря. Как показывают исследования, проведенные с помощью космических аппаратов, примерно 95% пород, покрывающих лунную поверхность, прошли в свое время через магматическое состояние. Причем все это разновидности базальтов. Гранитов, часто встречающихся на Земле, на Луне нет совсем.
Ближайшая к Солнцу планета - Меркурий обладает, как и Плутон, наибольшей эллиптичностью своей орбиты, в результате чего расстояние от планеты до Солнца изменяется в пределах от 46 млн. до 70 млн. км. Среднее же расстояние от Солнца до Меркурия составляет 58 млн. км. - в 3 раза меньше, чем до Земли. Несмотря на значительную яркость, эта планета с трудом поддается наблюдению, так как никогда не удаляется от Солнца более чем на 28 градусов к западу или к востоку. Это приводит к тому, что она почти всегда “прячется” на светлом фоне утренней или вечерней зари. И все же “неуловимая” планета иногда дарит ученым возможность наблюдать ее в дневное время, когда она медленно проходит на фоне солнечного диска. Это редкое астрономическое явление наблюдалось, в частности, в ноябре 1973 года. Меркурий - наименьшая из всех планет, его диаметр - всего около 5000 км. В телескоп он наблюдается в виде серпика. Обладает массивным металлическим ядром, радиус которого составляет три четверти радиуса самой планеты. Его подсолнечная сторона нагревается до 300 - 420 градусов С0 на ночной стороне мороз достигает минус 70 градусов С0. У Меркурия обнаружено магнитное поле, существование которого, по всей вероятности, связано с процессами, происходящими в его ядре.
Вторая от Солнца планета - Венера, ближайшая наша соседка: при ее наибольшем сближении с Землей нас разделяет всего около 40 млн. км. Орбита Венеры отдалена от дневного светила на 108 млн. км.. Энергетический “паек” этой планеты в 2,5 раза превышает земной. За 225 земных суток Венера совершает полный оборот вокруг Солнца. Скорость ее движения по орбите - около 35 км/сек..
Наличие атмосферы и почти одинаковые с Землей размеры и масса долгое время позволяли ученым считать Венеру “близнецом” нашей планеты. Но исследования, последних лет заставили ученых решительно отказаться от такого взгляда. Главное отличие Венеры от Земли - особенность ее суточного вращения. Оказалось, что сутки на этой планете, подобно Меркурию, длиннее ее года: оборот Венеры вокруг оси длится дольше, чем обращение вокруг Солнца, и совершается в обратном направлении, чем у других планет земной группы. Период вращения относительно звезд составляет около 244 земных суток. Ось вращения практически перпендикулярна к плоскости орбиты. Это значит, что на Венере не происходит смены времен года.
Через каждые полтора года Венера сближается с Землей, причем в это время всегда бывает обращена к Земле одним и тем же участком поверхности. Ее поперечник всего на 600 км. меньше земного, а сила тяжести почти такая же, как и на Земле. Если доставить с Земли на Венеру килограммовую гирю, то там она будет весить 850 граммов. Поэтому нет ничего удивительного в том, что Венера окружена атмосферной оболочкой. В ней плавает густая непрозрачная пелена многокилометровой облачности, скрывающей от астрономических наблюдений поверхность планеты.
Надежные сведения о физических условиях на Венере удалось получить лишь тогда, когда к облачной планете полетели автоматические космические станции. Оказалось, что условия на Венере очень сильно отличаются от земных. Температура у поверхности составляет около 500 градусов С0, а давление достигает почти 100 атмосфер. Это значит, что на каждый квадратный сантиметр здесь давит столб газа весом в 100 кг. Облачность Венеры на высотах порядка 49-70 км состоит из капель концентрированной серной кислоты. А атмосферная оболочка планеты состоит на 95-96% из углекислого газа. На высоте около 50 км в ней обнаружены в очень большом количестве частицы серы, а несколько ниже - частицы хлора.
Вообще же рельеф поверхности Венеры заметно отличается от рельефа поверхности Земли. Большую часть занимают холмистые равнины. Возвышенности же, подобные земным континентам, в общей сложности занимают площадь, сравнимую с площадью Австралии. Некоторые из этих возвышенностей похожи на земные вулканические массивы.
Земля - третья планета от Солнца. Она удалена от него на расстояние 150 млн. км. Это расстояние в астрономии принято употреблять в качестве единицы длины для измерения расстояния между телами Солнечной системы. Точное значение этой единицы составляет 149 597 892 ± 1,5 км. Вследствие небольшой эллиптичности орбиты расстояние от Земли до Солнца изменяется в пределах около 5 млн. км..
Полный оборот по орбите Земля завершает за 365,25 суток, двигаясь вокруг Солнца со скоростью 30 км/сек. Находясь на Земле, мы сами принимаем участие в этом движении, совершенно не ощущая его. Годовое движение Земли вокруг Солнца и суточное - вокруг оси - главные движения нашей планеты. Всего Земля совершает не менее 14 движений в космическом пространстве. Среди них такие значительные, как поступательное движение, совершаемое вместе с Солнцем и другими планетами со скоростью 20 км/сек по направлению к созвездию Геркулеса, и участие в общем обращении Солнца и звезд вокруг центра нашей звездной системы - Галактики.
Ось суточного вращения Земли наклонена к плоскости орбиты на 66 градусов 5 минут и направлена северным концом в точку на небесной сфере, расположенную рядом со звездой Альфа в созвездии Малой Медведицы. Эта звезда, называемая Полярной, является центром вращения небесной сферы.
Своим притяжением Земля удерживает вокруг себя атмосферу, состоящую в основном из азота и кислорода. В качестве примесей в ее состав входят аргон и углекислый газ. Существенной особенностью нашей планеты является обилие воды: площадь морей и океанов составляет примерно три пятых земной поверхности. Вода и водяные пары в атмосфере играют огромную роль в протекании различных геофизических и биологических процессов на Земле.
Земной шар окружает магнитное поле, играющее роль ловушки для электрически заряженных частиц, приходящих из космоса. Далеко за пределами атмосферы Земля опоясана облаками частиц высоких энергий, образующих пояса радиации. Эти пояса защищают нашу планету от жестких космических лучей, губительных для всего живого.
Следующая планета - Марс, орбита которого удалена от Солнца на 227 млн. км.. Он получает от Солнца значительно меньше света и тепла, чем Земля. Средняя температура на Марсе колеблется от +30 до -80 градусов. В полярных зонах планеты зарегистрирована температура около -130 градусов.
Скорость движения Марса по орбите - 24 км/сек. Полный оборот вокруг Солнца он завершает за 687 земных суток - марсианский год почти в 2 раза длиннее земного. Из-за наклона оси вращения на Марсе, так же как и на Земле, происходит смена времен года. Сутки там всего на 37 минут длиннее земных. Поперечник планеты - 6780 км., а масса почти в 10 раз меньше земной. Поэтому сила тяжести на Марсе в 2,5 раза меньше, чем на Земле.
На некоторых участках Марса обнаружены горные хребты, вулканические конусы и купола. В иных местах видны глубокие каньоны с изрезанными краями. Встречаются также хаотические нагромождения каменных обломков. Есть на Марсе и горы, относительно вулканической природы, которых нет никаких сомнений. Самая большая из них - гора Снега Олимпа высотой около 27 км.. Для сравнения достаточно напомнить, что высочайшая горная вершина Земли Эверест не достигает и 9 км.. Когда в 1971 году на Марсе бушевала сильнейшая пылевая буря, то конус Снегов Олимпа возвышался над пылевой пеленой. Наличие на Марсе столь высоких гор вулканического происхождения свидетельствует о большой мощи вулканических процессов, благодаря которым на поверхность планеты изливались огромные массы вещества.
Значительная часть поверхности Марса - это сухие пустынные районы, покрытые красноватым грунтом и большим количеством камней. Благодаря этому Марс и выделяется среди других планет своим характерным красноватым цветом. Жидкой воды на Марсе нет. При тех физических условиях, которые существуют на этой планете, вода на ее поверхности может находиться только в твердом состоянии - в виде снега, льда или инея. Некоторые ученые считают также, что под поверхностью Марса имеется слой вечной мерзлоты.
У полюсов Марса расположены светлые пятна - полярные шапки, которые частично состоят из обычного водного льда, а частично из твердой углекислоты – “сухого льда”. В весенние и летние периоды они испаряются и уменьшаются в размерах.
Газовая оболочка планеты в основном состоит из углекислого газа и сильно разрежена: атмосферное давление у поверхности приблизительно в 100 раз ниже, чем на Земле. В атмосфере Марса дуют сильные ветры, время от времени они поднимают пылевые частицы с поверхности планеты, и тогда возникают пылевые бури, которые длятся от нескольких недель до нескольких месяцев и охватывают иногда целое полушарие.
Пятая по расстоянию планета от Солнца - гигант Юпитер. Он окружен мощной атмосферой, которая состоит главным образом из водорода. Гелий составляет по объему около 11 % газовой оболочки планеты. В верхних слоях атмосферы Юпитера расположен видимый внешний облачный покров, который состоит из капель и льдинок аммиака. В более глубоких слоях преобладает сернистокислый аммоний, а еще глубже - водяные капли. На глубине около тыс. км. начинается слой газожидкого водорода. Видимо, и вообще большая часть массы Юпитера находится в жидком состоянии. Лишь в самом центре планеты, возможно, расположено твердое ядро. По своим размерам оно в 1,7 раза превосходит нашу Землю.
Устойчивая атмосферная циркуляция в экваториальной области приводит к тому, что облачные системы образуют характерную картину темных поясов и светлых зон, параллельных экватору планеты. Существуют в атмосфере Юпитера и устойчивые вихри, которые могут сохраняться до 100 тысяч лет. Одним из таких вихрей является знаменитое Красное Пятно, которое вдвое больше Земли. Период его собственного вращения близок к шести земным суткам.
Вследствие того, что облачные образования могут взаимодействовать друг с другом, в верхнем облачном слое планеты иногда возникают дыры, существующие до одного года. Сквозь эти дыры просматриваются более глубокие слои облачности.
У Юпитера обнаружены протяженная магнитосфера и радиационные пояса, напоминающие радиационные пояса Земли, но во много раз превосходящие их по своим размерам.
Хотя планеты - гиганты состоят из водорода и гелия, их многочисленные спутники являются телами земного типа. И как показали исследования с борта космических аппаратов, они подобно Луне или Меркурию также подвергались в свое время интенсивной метеоритной бомбардировке. Следы метеоритных ударов видны на поверхности третьего спутника Юпитера - Ганимеда и особенно четвертого - Каллисто. Оба эти спутника покрыты толстым ледяным панцирем. И поэтому кратерные образования на них имеют значительно более светлую окраску, чем кольцевые структуры на Луне.
Следующая за Юпитером планета Сатурн выделяется среди всех планет Солнечной системы своим необычным видом. Она окружена удивительным и необычайно красивым образованием - кольцами, состоящими главным образом из множества мелких ледяных частиц и ледяных глыб размером до нескольких десятков метров, обращающихся вокруг основного тела планеты.
На протяжении длительного времени кольца Сатурна считались уникальным образованием в семье планет. Однако несколько лет назад оптическими и радиоастрономическими наблюдениями система колец была обнаружена и вокруг седьмой планеты Солнечной системы - Урана. А спустя еще некоторое время космическая станция “Вояджер-1” зарегистрировала наличие слабого кольца и у планеты Юпитер.
Но поистине сенсационным было другое. Оказалось, что Сатурн окружен не шестью-семью широкими кольцами, а несколькими сотнями концентрических узких колец. По оценкам специалистов, их число составляет от 500 до 1000. На фотографиях видно, что эти узкие кольца, в свою очередь, распадаются на еще более тонкие “колечки” или “пряди”.
B Coлнeчной системе есть и много малых планет - астероидов. Несмотря на свою многочисленность, они в общей сумме не превышают одной тысячной доли массы земного шара. Самая крупная из малых планет - Церера имеет поперечник около 1000 км.. Большинство же других астероидов - это каменные бесформенные глыбы поперечником в несколько тысяч, даже сотен метров. Громадное количество астероидов движется в зоне, ограниченной орбитами Марса и Юпитера. Ее так и называют – “пояс астероидов”. Однако некоторые из них, нарушая общий порядок, “смело” подходят к планетам, движущимся вне этой зоны, в том числе к Земле.
Наиболее эфемерными космическими телами, входящими в состав Солнечной системы, являются кометы, движущиеся вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам. Имея незначительную массу, они ничем не обнаруживают себя, когда находятся вдали от Солнца. Но по мере приближения к нему твердое ядро кометы, состоящее из каменных и металлических тел, заключенных в ледяную оболочку из замерзших газов, начинает испаряться, образуя огромный газовый шлейф - хвост, достигающий длины сотен миллионов километров.
Заключение
Огромное практическое значение науки в XX в. сделало ее той областью знания, к которой массовое сознание испытывает глубокое уважение. Слово науки весомо, и оттого рисуемая ею картина Вселенной часто принимается за точную фотографию реальной действительности, как она есть на самом деле, независимо от нас. Ведь наука и претендует на эту роль - бесстрастного и точного зеркала, отражающего мир в строгих понятиях и стройных математических вычислениях. Однако за привычным, коренящимся еще в эпохе Просвещения доверием к выводам науки, часто забывается, что она - развивающаяся и подвижная система знаний, что способы видения, присущие ей, изменчивы. А это означает, что сегодняшняя картина Вселенной не равна вчерашней. Повседневное сознание все еще живет научной картиной прошлых лет и веков, а сама наука уже убежала далеко вперед и рисует порой вещи столь парадоксальные, что сама ее объективность и беспристрастность начинает казаться мифом...
Современная астрофизика вплотную подошла к изучению ряда природных процессов, которые не имеют пока удовлетворительного объяснения в рамках существующих знаний и понимание которых, по всей вероятности, потребует выхода за границы общепринятых фундаментальных теорий. Речь идет, в частности, о таких проблемах, как природа колоссальных космических энергий, мощных физических процессов, протекающих в ядрах галактик и квазарах, поведение материи в условиях сверхвысокой плотности, взаимосвязь процессов микро- и мегамира, свойства вакуума и некоторые другие. Однако наука безусловно успешно решит эти вопросы, открыв новые природные закономерности, не имеющие ничего общего с потусторонними силами.
Из всего сказанного выше можно сделать следующие выводы: во-первых, в связи с тем что науки о Вселенной в настоящее время переживают период необычайно быстрого развития, принципиальные открытия в этой области, требующие кардинального пересмотра привычных представлений, следуют одно за другим. А поскольку религия всегда паразитировала на неполноте человеческих знаний, на их относительном характере, то одна из важнейших задач научно-атеистической пропаганды состоит в том, чтобы показывать науку не статично, то есть не как простую сумму тех или иных положений, а в динамике, как живой диалектический процесс познания мира, с присущей ему закономерной сменой научных предположений, идей, гипотез, теорий. Только такой подход дает правильное представление о материальном единстве мира и о возможностях человеческого познания.
Во-вторых, науками о Вселенной выдвинут в последнее время ряд фундаментальных положений, которые представляются внутренне противоречивыми. Это дает теологам повод, с одной стороны, упрекать науку в несоответствии ее положений реальной природе, а с другой - утверждать, что противоречивость научной картины мира будто бы свидетельствует о правомерности тех глубоких и неразрешимых внутренних противоречий, которыми отличаются религиозные системы. Следовательно, в научно-атеистической пропаганде необходимо подчеркивать, что внутренние противоречия в познании мира-это не противоречия между научным положением и реальностью, а отражение в научных знаниях противоречий, присущих самой природе.
В-третьих, для утверждения в сознании людей научно-материалистического мировоззрения огромное значение имеет экспериментальное подтверждение и практическое использование научных знаний. В наши дни намного короче стал период, отделяющий момент совершения научного открытия от его практического применения. Это относится, разумеется, и к открытиям в области астрофизики и других наук о Вселенной. А использование научных знаний на практике - один из наиболее весомых и действенных аргументов против религиозных взглядов и представлений.
Примечательная черта стремительного прогресса исследований Вселенной в условиях современной НТР - коренные изменения структуры научной деятельности астрономов, включая революционные изменения средств и методов изучения Вселенной, условий познания, что привело к лавине выдающихся открытий, обнаружению ранее не известных типов космических объектов, которые часто находятся в состояниях резкой нестационарности (эти состояния характеризуются колоссальным энерговыделением), и в конечном счете к существенной перестройке всей системы знания о Вселенной.
Современные исследования Вселенной все более отчетливо выступают как “моделирование” схем будущей деятельности по практическому освоению небесных тел, их включению в материально-производственную деятельность общества.
Впечатляющий прогресс науки о Вселенной, начатый великой коперниканской революцией, уже неоднократно приводил к весьма глубоким, подчас радикальным изменениям в исследовательской деятельности астрономов и, как следствие, в системе знания о структуре и эволюции космических объектов. В наше время астрономия развивается особенно стремительными темпами, нарастающими с каждым десятилетием. Поток выдающихся открытий и достижений неудержимо наполняет ее новым содержанием. Есть все основания считать, что в этой науке началась новая революция, которая по своим масштабам и значению, быть может, не уступает великому коперниканскому перевороту
Наш век, последнее десятилетие которого вот-вот истечет, стал веком коренной смены парадигм научного мышления и радикального изменения, естественнонаучной картины мира.
Современная научная картина мира динамична, противоречива. В ней больше вопросов, чем ответов. Она изумляет, пугает, ставит в тупик, шокирует. Поискам познающего разума нет границ, и в ближайшие годы мы, возможно, будем потрясены новыми открытиями и новыми идеями.
Список использованной литературы
1. Астахова В.Г, Дубровский Е.В. и др. “Мир вокруг нас: Беседы о мире и его законах” – М.: Политиздат, 1983 г.
2. “Материалистическая диалектика и пути развития естествознания” / Под ред. А.М. Мостапенко – Л.: Издательство ленинградского университета, 1987 г.
3. Кохановский В.П. “Философия” – Р.: Феникс, 1996 г.
4. Дубровский Е.В. “Разум побеждает” – М.: Политиздат, 1989 г.
5. “Философия, естествознание и современность” / Под ред. И.Т. Фролова и Л.И. Грекова – М.: Мысль, 1991 г.
