Эволюция Вселенной, ее строение, наша звездная система Галактика. Другие галактики
 Скачать 280.11 Kb.
|
|
Калининградский Морской Рыбопромышленный Колледж Реферат по физике на тему:«Эволюция Вселенной, ее строение, наша звездная система - Галактика. Другие галактики» Подготовила:Студентка 1 курса группы 19-ОП-11Кюла ЮлияПроверила:Белякова М.В.г.Калиининград 2020 Содержание: Эволюция Вселенной………………………………………….……………………….3 Строение Вселенной………………………………………………………………………………………........5 Будущее Вселенной…………………………………………………………….………6 Наша звездная система – Галактика………………………………………..………7 Другие галактики……………………………………………………………...……….8 Источники…………………………………………………………………..………….10 Эволюция Вселенной Самым главным свойством Вселенной является её постоянное расширение. Впервые гипотезу о расширении Вселенной выдвинул Альберт Эйнштейн, однако строгих расчётов им предложено не было. В 1920 году русский учёный Александр Александрович Фридман занялся анализом десяти сложнейших уравнений теории относительности и пришёл к фундаментальному выводу: ни при каких условиях их решение не может быть единственным. Это означало, что невозможно точно ответить на вопрос о том, какой формой обладает Вселенная, каков её радиус кривизны и вообще, стационарна она или нет.  Но тем не менее Фридманом было получено три возможные модели нестационарной Вселенной: две из них описывали монотонно расширяющуюся Вселенную. А третья модель предполагала периодичность Вселенной, то есть радиус кривизны её пространства сначала возрастает от нуля до некоторого значения, а затем вновь уменьшается до нуля. Всё это говорило о том, что Вселенная не может находится в стационарном состоянии, она должна расширяться и сжиматься под действием гравитационных сил. Но почему же Вселенная расширяется?Ответ на этот вопрос впервые предложили бельгийский священник Жорж Леметр и советско-американский физик Георгий Антонович Гамов. Итак, согласно их теории, Вселенная возникла около 14 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва и с тех пор непрерывно расширяется, и охлаждается. До взрыва не было ничего: ни материи, ни пространства, ни времени. Четыре фундаментальных взаимодействия объединены в одно. А сама Вселенная представляла собой некую субстанцию с бесконечно малым объёмом и бесконечно большой плотностью. Такое состояние материи принято называть сингулярностью. Этапы формирования ВселеннойТеория Большого взрыва позволила ученым создать точную модель эволюции Мироздания. И сегодня мы неплохо знаем, какие процессы происходили в молодой Вселенной. Исключение составляет лишь самый ранний этап творения, который по-прежнему остается предметом яростных обсуждений и споров. В настоящее время наукой выделяются следующие этапы после Большого взрыва: Самый ранний из известных нам периодов называется Планковской эрой, он занимает отрезок от 0 до 10-43 секунд. В это время вся материя и энергия Вселенной была собрана в одной точке, а четыре основных взаимодействия были едины; Эпоха Великого объединения (с 10−43 по 10−36 секунд). Она характеризуется появлением кварков и разделением основных видов взаимодействий. Главным событием этого периода считается выделение гравитационной силы. В эту эру начали формироваться законы Вселенной. Сегодня мы имеем возможность для подробного описания физических процессов этой эпохи; Третий этап творения называется Эпохой инфляции (с 10−36 по 10−32). В это время началось стремительное движение Вселенной со скоростью, значительно превосходящей световую. Она становится больше, чем современная видимая Вселенная. Начинается охлаждение. В данный период окончательно разделяются фундаментальные силы мироздания; В период с 10−32 по 10−12 секунды появляются «экзотические» частицы типа бозона Хиггса, пространство заполнила кварк-глюонная плазма. Промежуток с 10−12 по 10−6 секунды называется эпохой кварков, с 10−6 по 1 секунду – адронов, в 1 секунду после Большого взрыва начинается эра лептонов; Фаза нуклеосинтеза. Она длилась примерно до третьей минуты от начала событий. В этот период во Вселенной из частиц возникают атомы гелия, дейтерия, водорода. Продолжается охлаждение, пространство становится прозрачным для фотонов; Через три минуты после Большого взрыва начинается эра Первичной рекомбинации. В этот период появилось реликтовое излучение, которое астрономы изучают до сих пор; Период 380 тыс. – 550 млн лет называют Темными веками. Вселенная в это время заполнена водородом, гелием, различными видами излучения. Источников света во Вселенной не было; Через 550 млн лет после Сотворения появляются звезды, галактики и прочие чудеса Вселенной. Первые звезды взрываются, освобождая материю для образования планетных систем. Данный период называется Эрой реионизации; В возрасте 800 млн лет во Вселенной начинают образовываться первые звездные системы с планетами. Наступает Эра вещества. Вселенная стала похожа на то, что мы видим сейчас. В этот период формируется и наша родная планета.  Недостатки теории Большого взрыва Некоторые ученые отмечают в теории Большого взрыва слабые места. Если бы мироздание образовалось мгновенно из одной небольшой точки, то должно было существовать неоднородное распределение вещества, чего мы не наблюдаем. Также данная модель не может объяснить, куда подевалась антиматерия, количество которой в «момент творения» не должно было уступать обычной барионной материи. Однако сейчас число античастиц во Вселенной мизерно. Но самый весомый недостаток данной теории – ее неспособность объяснить феномен Большого взрыва, он просто воспринимается как свершившийся факт. Мы не знаем, как выглядела Вселенная до момента сингулярности. Предпринимались попытки улучшить существующую теорию Большого взрыва. Например, существует гипотеза о цикличности Вселенной, согласно которой, рождение из сингулярности – не более чем ее переход из одного состояния в другое. Правда, такой подход противоречит второму закону термодинамики. Существуют и другие гипотезы зарождения и дальнейшей эволюции мироздания. Долгие годы была популярна модель стационарной Вселенной. Ряд ученых придерживались мнения, что в результате квантовых флуктуаций она возникла из вакуума. В их числе был и знаменитый Стивен Хокинг. Ли Смолин выдвинул теорию о том, что наша, как и другие Вселенные, образовались внутри черных дыр. Строение Вселенной Во все времена люди предпочитали считать Вселенную вечной и неизменной. Эта точка зрения господствовала вплоть до 20-х годов нашего века. В то время считалось, что она ограничена размерами нашей Галактики. Пути могут рождаться и умирать, Галактика все равно остается все той же, как неизменным остается лес, в котором поколение за поколением сменяются деревья. Настоящий переворот в науке о Вселенной произвели в 1922 — 1924 годах работы ленинградского математика и физика А. Фридмана. Опираясь на только что созданную тогда А. Эйнштейном общую теорию относительности, он математически доказал, что мир — это не нечто застывшее и неизменное. Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется во времени, расширяясь или сжимаясь по строго определённым законам. Общие представления о строении Вселенной складывались на протяжении всей истории астрономии. Однако только в нашем веке смогла появиться современная наука о строении и эволюции Вселенной — космология. Структура Вселенной довольно сложна и имеет несколько уровней организации, которые мы можем классифицировать в соответствии с масштабом объектов: Астрономические тела во Вселенной обычно группируются в системы. Звезды нередко образуют пары или входят в состав скоплений, которые содержат десятки, а то и сотни светил. В этом отношении наше Солнце довольно нетипично, так как оно не имеет «двойника»; Следующей ступенью организации являются галактики. Они могут быть спиральными, эллиптическими, линзовидными, неправильными. Ученые пока не до конца понимают, почему галактики обладают разной формой. На этом уровне мы обнаруживаем такие чудеса Вселенной, как черные дыры, темную материю, межзвездный газ, двойные звезды. Кроме звезд, в их состав входит пыль, газ, электромагнитное излучение. В известной Вселенной обнаружено несколько сотен миллиардов галактик. Н  есколько галактик образуют Местную группу. В нашу, кроме Млечного пути, входит Туманность Треугольника, Туманность Андромеды и еще 31 система. Скопления галактик – самые крупные из известных устойчивых структур Вселенной, их удерживает воедино гравитационная сила и еще какой-то фактор. Ученые подсчитали, что одного лишь притяжения явно недостаточно для поддержания стабильности этих объектов. Научного обоснования данного феномена пока не существует;Следующим уровнем структуры Вселенной являются сверхскопления галактик, каждая из которых содержит десятки, а то и сотни галактик и скоплений. Однако тяготение их уже не удерживает, поэтому они следуют за расширяющейся Вселенной; Последним уровнем организации мироздания являются ячейки или пузыри, стенки которых формируют сверхскопления галактик. Между ними находятся пустотные области, именуемые войдами. Эти структуры Вселенной имеют масштабы около 100 Мпк. На этом ярусе наиболее заметны процессы расширения Вселенной, также с ним связано реликтовое излучение – отголосок Большого взрыва. Каждый из вселенских объектов — это уникальное формирование с таинственной структурой. Сегодня мы гораздо лучше понимаем устройство Вселенной, но каждое полученное знание лишь рождает новые вопросы. Исследование атомных частиц в коллайдере, наблюдение за жизнью в дикой природе, высадку межпланетного зонда на астероиде также можно назвать изучением Вселенной, ибо данные объекты входят в ее состав. Человек тоже часть нашей прекрасной звездной Вселенной. Изучая Солнечную систему или далекие галактики, мы больше узнаем о самих себе. Будущее Вселенной Н  аше мироздание началось с маленькой точки. Быстрое развитие и расширение границ привело к образованию необъятных космических просторов. Но, будет ли остановлено расширение? Возможен ли обратный вариант развития, то есть сжатия в ту же исходную плотную точку?В 1990-х годах, специалисты пришли к выводу, что реальны два варианта будущего Вселенной. “Сжатие” космических просторов возможно! При достижении максимальных размеров, она может разрушиться. Плотность черной материи может достичь критических показателей, из-за чего будет сжиматься. Также, существует предположение, что причиной разрушения мироздания могут стать черные дыры. Все звездные скопления могут прекратить передачу энергии и преобразоваться в черные дыры. Если температура космического пространства приблизиться к нулю, возможно их испарение. В результате чего, все разрушиться и наступит логичный конец. Наша звездная система – Галактика По своей форме Галактика представляет собой чечевицу, или ее можно уподобить двум тарелкам, сложенным вместе. Какой вид имела бы вся эта звездная система с очень большого расстояния? С одной стороны мы увидели бы светлую полоску с некоторым утолщением в середине. Если бы мы посмотрели на эту звездную систему с другого направления (вид плашмя), то увидели бы светлое пятно с округлыми очертаниями, более яркое к центру. Центр — это ядро Галактики. Основная масса звезд, образующих Галактику, расположена вблизи ее главной плоскости. Чем дальше от этой плоскости и чем дальше от центра Галактики, тем реже расположены звезды. Звезды в нашей Галактике сгруппированы местами в сравнительно тесные скопления. Наиболее яркие и массивные звезды, а также большинство туманностей располагаются вблизи той плоскости, о которой мы говорили выше. Наша солнечная система находится вблизи этой плоскости, но очень далеко от центра Галактики. Все звезды в Галактике движутся вокруг общего центра тяжести, в котором, однако, нет какого-нибудь гигантского солнца. Этот центр тяжести образуется огромным скоплением звезд в ядре Галактики. Вокруг него и совершается движение всех звезд, в том числе и Солнца. В направлении центра Галактики пространство между звездами заполнено многочисленными темными туманностями. Свет очень далеких звезд поглощается этой межзвездной средой и значительно ослабляется. Если бы этих темных туманностей но было, центральные области Галактики сияли бы чрезвычайно ярко. Применяя особые способы фотографирования этих областей неба в невидимых глазу инфракрасных лучах, российские ученые сфотографировали гигантское звездное облако, образующее центральное сгущение в Галактике — ее ядро. Наша солнечная система описывает вокруг центра Галактики огромный путь со скоростью около 250 км/сек с периодом в 185 млн. лет. Какое место занимает наша солнечная система в Галактике? Научные исследования с полной достоверностью показали, что место, занимаемое Солнцем среди звезд в Галактике, достаточно скромное: Солнце — рядовая звезда среди десятков миллиардов ему подобных; оно расположено вдвое дальше от центра Галактики, чем от ее края. Центральные области Галактики видны нам в направлении созвездия Стрельца, и расстояние от нас до этих областей около 23 тыс. световых лет. От одного же края Галактики до другого луч света проходит почти за 85 тыс. световых лет. Это и есть диаметр Галактики — нашей звездной системы Другие галактики Гершель в XVIII веке открыл и занес в каталоги тысячи наблюдаемых на небе туманных пятен. У многих из них впоследствии была обнаружена спиральная структура. Американский астроном Хаббл в XX в. получил фотографии туманности в созвездии Андромеды, на которых было видно, что это туманное пятно состоит из множества звезд. Он обнаружил в туманности вспышки новых звезд, рассеянные и шаровые скопления и цефеиды. Определив периоды переменности и видимую звездную величину цефеид, Хаббл установил, что они находятся очень далеко за пределами нашей Галактики. Таким образом, спиральная туманность в созвездии Андромеды также находится вне пределов Галактики и уже этим отличается от газовых и пылевых туманностей нашей звездной системы. Зная расстояние до этой туманности и ее угловой диаметр, вычислили его в линейных единицах. Оказалось, спиральная туманность в созвездии Андромеды примерно такая же огромная звездная система, как и наша Галактика. Мы знаем теперь, что до нее 2 миллиона световых лет. В ней есть газовые и пылевые туманности, как и в нашей Галактике. Вследствие того, что галактику в созвездии Андромеды мы видим под некоторым углом к ее оси, она имеет продолговатую форму. Галактика в созвездии Треугольника, тоже спиральная, менее наклонена к лучу зрения и имеет поэтому иной вид в телескоп. Астрономы нашли великое множество спиральных галактик, у которых из ядра в плоскости диска выходят спиральные ветви. Им и другим, столь же гигантским звездным системам, дали нарицательное название галактик, в отличие от нашей Галактики. Расстояние до более далеких галактик, в которых цефеиды или даже ярчайшие сверхгиганты не видны, определяют по величине так называемого красного смещения в их спектрах. Хаббл выяснил, что в спектрах галактик, расстояния до которых уже были оценены по видимому блеску их ярчайших звезд, линии смещены к красному концу спектра. Это красное смещение возрастает пропорционально расстоянию до галактики. Установлено, что если величину красного смещения выражать в лучевой скорости галактик, то на каждый миллион парсеков расстояния оно возрастает на 100 км/сек. Поэтому расстояние до далекой галактики можно определить по величине красного смещения линий в ее спектре. Если, например, сдвиг линий спектра соответствует 10 000 км/сек, то до галактики 100 млн. парсеков. В спиральных галактиках ветви, как и у нашей Галактики, состоят из горячих звезд, цефеид, сверхгигантов, рассеянных звездных скоплений и газовых туманностей. Радиотелескопы обнаруживают в них нейтральный водород в количестве до 5—10% от массы галактики. Те из них, которые повернуты к нам ребром, похожи на веретено или чечевицу. Вдоль них проходит темная полоса — скопление пылевых туманностей — в экваториальной плоскости. Наша Галактика и галактика в созвездии Андромеды относятся к наибольшим. Все спиральные галактики вращаются с периодами в несколько сот миллионов лет. Массы их составляют 108—1011 масс Солнца. С давних времен в южном полушарии неба были известны два больших звездных облака. Их назвали Большим и Малым Магеллановыми Облаками. Это галактики неправильного типа. Они являются спутниками нашей Галактики. Расстояние до них около 150 000 световых лет. Их звездный состав такой же, как и у ветвей спиральных галактик. Неправильные галактики значительно меньше спиральных и встречаются редко. В большом числе встречаются эллиптические галактики, по виду похожие на шаровые звездные скопления, но больше их по размерам. Они вращаются крайне медленно и потому почти не сплющились в противоположность быстрее вращающимся спиральным галактикам. Эллиптические галактики не содержат ни звезд сверхгигантов, ни темных, ни светлых диффузных туманностей. У гигантских галактик абсолютная звездная величина около —21. Существуют галактики-карлики в полторы тысячи раз более слабые, с абсолютной звездной величиной до —13. Некоторые галактики обнаруживают очень сильное радиоизлучение. Это так называемые радиогалактики. Мир галактик так же разнообразен, как и мир звезд. Совокупность всех известных галактик является частью более гигантской системы, называемой Метагалактикой. Радиогалактики Галактики излучают радиоволны. Радиоизлучение исходит от нейтрального водорода на длине волны 21 см, а также от ионизированного горячего водорода в светлых туманностях. Кроме того, галактики служат источниками нетеплового радиоизлучения, происходящего от торможения электронов магнитным полем галактик. Это излучение называется синхротронным. У радиогалактик очень сильное синхротронное излучение. Замечательно, что чаще всего радиогалактика имеет два очага радиоизлучения, расположенные по обе стороны от оптически видимой галактики. Огромное значение имело обнаружение того, что слабо излучающая радиогалактика неправильной формы в созвездии Большой Медведицы обнаруживает последствия огромного взрыва в ее ядре. Взрыв произошел около 2 млн. лет тому назад. В настоящее время длинные волокна горячего водорода, выброшенные при взрыве, распространяются со скоростью около 1000 км/сек преимущественно в направлении ее полюсов. По-видимому, так возникают двойные радиогалактики. При происходящем в радиогалактике взрыве два облака газа с быстрыми электронами и с магнитным полем в каждом из них выбрасываются в противоположные стороны. Эти два облака начинают испускать нетепловое радиоизлучение. Квазары На месте некоторых радиоисточников нашли объекты, не отличимые от очень слабых звезд. В их спектре имеются яркие линии с очень большим красным смещением. Оказалось, что это линии ультрафиолетовой области спектра, смещенные в его видимую часть. Красное смещение их так велико, что ему соответствуют расстояния в миллиарды световых лет. Эти объекты, названные квазивездными (звездоподобными) источниками радиоизлучения или квазарами, являются самыми далекими небесными телами, расстояния до которых удалось определить. Ярчайший из квазаров выглядит как звезда 13-й звездной величины, но по светимости квазары оказываются в сто раз ярче, чем гигантские галактики. Открытые всего лишь несколько десятилетий назад и доступные для изучения только в сильнейшие телескопы, квазары являются пока загадкой. Удивительно и то, что у некоторых из них меняются и блеск и радиоизлучение. Но особенно загадочны колоссальные потоки энергии, излучаемой ими в виде света и в виде радиоволн. Ничего более грандиозного, чем явление квазаров, мы в природе не знаем. Быстрое накопление знаний о квазарах дает надежду скоро приблизиться к разгадке их природы. Метагалактика Большинство галактик сосредоточено в скоплениях. Скопления галактик, как и скопления звезд, бывают рассеянными и шарообразными и содержат десятки, иногда тысячи членов. Ближайшее к нам скопление галактик находится в созвездии Девы на расстоянии около 10 млн. парсеков. При помощи сильного телескопа можно заснять много миллионов галактик до 21-й звездной величины, из которых самые далекие с трудом отличимы от слабых звезд и отстоят от нас на несколько миллиардов световых лет. Распределение скоплений галактик в пространстве, по-видимому, равномерно, и нет признаков его разрежения. Метагалактикой называется вся система скоплений галактик, из которых нам пока известна лишь часть. В Метагалактике действует закон красного смещения Хаббла и признано, что смещение это действительно допплеровское. А это означает, что галактики удаляются от нас во все стороны и тем быстрее, чем они от нас дальше. Это поставили в связь с тем, что еще до открытия красного смещения советский физик А. А. Фридман из теории относительности Эйнштейна сделал вывод, что возможна модель Вселенной, которая может сжиматься и расширяться. Учение о Вселенной в целом называется космологией. По теории относительности большие массы искривляют возле себя пространство и оно становится таким, что постулаты геометрии Эвклида в нем не оправдываются. Этот вывод Эйнштейна подтвержден астрономической проверкой, так как лишь в масштабе Метагалактики можно заметить различие между механикой Ньютона и механикой Эйнштейна. Теоретически допустимо, что при определенной средней плотности вещества и однородности свойств по всем направлениям Вселенная может быть конечной, хотя и безграничной. Сейчас еще неизвестно, в какой мере реальная Вселенная имеет свойства, приписываемые той или иной космологической модели. По-видимому, Метагалактика расширяется с замедлением. Источники https://mirznanii.com/a/315608/drugie-galaktiki/ Википедия Астрономия.com |