Космология как наука. Компоненты мегамира. Тема №8

1. «Космология»

Тема №8 Космология как наука.
Компоненты мегамира

2. Космология, как наука.

Космология – наука об эволюции Вселенной.
Одной из основных концепций современного
естествознания является учение о Вселенной
как едином целом и о всей охваченной
астрономическими наблюдениями области
Вселенной (Метагалактике) как части целого.

3.  Основные концепции космологии

Основные концепции космологии
Предположения А. Эйнштейна
• Принято считать, что основные положения
современной космологии как науки о строении
и эволюции Вселенной – начали
формироваться после создания в 1917 г. А.
Эйнштейном первой релятивистской модели,
основанной на теории гравитации и
претендовавшей на описание всей Вселенной.
Эта модель характеризовала стационарное
состояние Вселенной и, как показали
астрофизические наблюдения, оказалась
неверной

4.  Основные концепции космологии

Основные концепции космологии
Выводы А.А. Фридмана
• Важный шаг в решении космологических
проблем сделал в 1922 г. профессор
Петроградского университета А.А.
Фридман (1888–1925). В результате
решения космологических уравнений он
пришел к выводу: Вселенная не может,
находится в стационарном состоянии – она
должна расширяться либо сужаться.

5.  Основные концепции космологии

Основные концепции космологии
Эмпирический закон – закон Хаббла
• Следующий шаг был сделан в 1924 г., когда в
обсерватории Маунт Вилсон в Калифорнии
американский астроном Э. Хаббл (1889–1953)
измерил расстояние до ближайших галактик (в то
время называемых туманностями) и тем самым
открыл мир галактик. В 1929 г. в той же
обсерватории Э. Хаббл по красному смещению
линий в спектре излучения галактик
экспериментально подтвердил теоретический вывод
А.А. Фридмана о расширении Вселенной и
установил Эмпирический закон – закон
Хаббла: скорость удаления галактики V прямо
пропорциональна расстоянию r до нее, т. е. V=Hr,
где H – постоянная Хаббла.

6. Основные концепции космологии

Гипотезы Г.А. Гамова
По мере развития естествознания и особенно ядерной физики
выдвигаются различные гипотезы о физических процессах на
разных этапах космологического расширения. Одна из них
предложена в конце 40-х гг. ХХ в. Г.А. Гамовым (1904–1968),
физиком – теоретиком, эмигрировавшим в 1933 г. из Советского
Союза в США, и называется моделью горячей Вселенной. В ней
рассмотрены ядерные процессы, протекавшие в начальный момент
расширения Вселенной в очень плотном веществе с чрезвычайно
высокой температурой. По мере расширения Вселенной плотное
вещество охлаждалось.
Из этой модели следует два вывода:
1. - вещество, из которого зарождались первые звезды, состояло в
основном из водорода (75 %) и гелия (25 %);
2. - в сегодняшней Вселенной должно наблюдаться слабое
электромагнитное излучение, сохранившее память о начальном
этапе развития Вселенной, и поэтому названное реликтовым.

7. Основные концепции космологии

Реликтовое излучение А. Пензиаса и Р. Вильсона
• С развитием астрономических средств наблюдения, и в
частности, с рождением радиоастрономии, появились новые
возможности познания Вселенной. В 1965 г. американские
астрофизики А. Пензиас и Р. Вильсон экспериментально
обнаружили реликтовое излучение. Реликтовое излучение – это
фоновое изотропное космическое излучение со спектром,
близким к спектру излучения абсолютно черного тела с
температурой около 3 К (-270.15 С).
• В 2000 г. сообщалось: сделан важный шаг на пути понимания
самого раннего этапа эволюции Вселенной. В лаборатории
европейских ядерных исследований в Женеве получено новое
состояние материи – кварк – глюонная плазма. Предполагается,
что в таком состоянии Вселенная находилась в первые 10 мкс
после большого взрыва. До сих пор удавалось охарактеризовать
эволюцию материи на стадии не ранее трех минут после взрыва,
когда уже сформировались ядра атомов.

8. Компоненты Мегамира

• Космос (от греч. Hosmos-мир) – термин, возникший в
древнегреческой философии для обозначения мира как
структурно организованного и упорядоченного целого.
Сейчас под космосом понимают все находящееся за
пределами атмосферы Земли. Иначе космос называют
Вселенной – местом вселения человека.
• Вселенная – окружающий нас мир, бесконечный в
пространстве, во времени и по многообразию форм
заполняющего его вещества и его превращений.
Вселенная – это мегамир. Вселенная представляет
собой упорядоченную систему отдельных
взаимосвязанных элементов различного порядка, к
которым относят небесные тела (звезды, планеты,
спутники, астероиды, кометы), планетные системы
звезд, звездные скопления, галактики.

9.

10. Компоненты Мегамира

• Звезды – гигантские
раскаленные самосветящиеся
небесные тела.
• Звездные скопления – группы
звезд, разделенные между
собой меньшим расстоянием,
чем обычные межзвездные
расстояния.
• Галактики образуют
метагалактику.
Метагалактика –
грандиозная совокупность
отдельных галактик и
скоплений галактик. В
современной трактовке
понятия «метагалактика» и
«Вселенная» чаще
отождествляют.

11. Компоненты Мегамира

Галактика – гигантская звездная система, насчитывающая более 100 млрд
звезд, обращающихся вокруг ее центра. Внутри галактики отмечают
звездные скопления.
Солнечная система (или планетная система) – совокупность небесных
тел, их спутников, астероидов, комет, обращающихся вокруг Солнца под
действием силы его тяготения. В Солнечную систему входят 8 планет, их
спутники, свыше 100 тысяч астероидов, множество комет.
Планеты – холодные небесные тела, которые обращаются вокруг звезды.
Спутники – холодные небесные тела, которые обращаются вокруг планет.
Астероиды (или малые планеты) – небольшие холодные небесные тела,
входящие в состав Солнечной системы. Имеют диаметр от 800 км до 1
км и менее, обращаются вокруг Солнца по тем же законам, по которым
движутся и большие планеты (Церера, Веста, Паллада) .
Кометы – небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. У ярких
комет при приближении к Солнцу появляется хвост в виде светящейся
полосы, длина которой может достигать десятков миллионов
километров(Кометы – Галлея, Энке, 19P/Борелли).

12. Единицы измерения во Вселенной

1. Астрономическая единица (а.е.) соответствует
расстоянию от Земли до Солнца – 150 млн км. Эта
единица применяется для определения космических
расстояний в пределах Солнечной системы.
2. Световой год – расстояние, которое световой луч,
движущийся со скоростью 300000 км/с, проходит за
один год, - это примерно 1013км; 1 а.е. равна 8,3
световой минуты. В световых годах определяют
расстояние до звезд и других космических объектов,
находящихся за пределами Солнечной системы.
3. Парсек (пк) – расстояние, равное 3,3 световых года.
Используют для измерения расстояний внутри
звездных систем и между ними. 1 Кпк (килопарсек) =
103пк, 1 Мпк (мегапарсек) = 106 пк.

13. Галактика

(от греч. Galaktikos – молочный, млечный) – звездная
система, образованная звездами различных типов,
звездными скоплениями, газовыми и пылевыми
туманностями (М87, Туманность Андромеды,
Чёрный глаз).
Состав галактики зависит от ее возраста и условий
развития.
Среднее расстояние между галактиками 2 млн световых
лет, а скорость движения – около 1000 км/с.
Согласно расчетам, для прохождения расстояния до
ближайшей к нам галактики требуется около 1 млрд
лет.
Галактики образуют метагалактику – Вселенную,
размеры которой оцениваются в 15-20 млрд световых
лет, а возраст – в 13-15 млрд лет.
Галактики имеют свой центр (ядро), они различаются по
форме, в соответствии с которой их классифицируют
как спиральные, шаровые, эллиптические,
неправильные.
Вследствие удаленности галактик свет от их звезд имеет
вид светящегося туманного вещества, поэтому
галактики получили название туманностей.
Ближайшая к нам большая галактика Туманность
Андромеды. Это спиральная галактика, которая
находится от нас на расстоянии около 2 млн
световых лет. Туманность Андромеды имеет
спутники – более мелкие галактики. Еще одна
галактика находится в созвездии Треугольника. По
размерам она меньше Туманности Андромеды и не
имеет спутников.

14. Млечный путь

Наша Галактика называется Млечный путь.
• Диаметр около 100 тыс.св. лет и
включает в себя более 100 млрд звезд, в
том числе и Солнце.
• Масса Галактики равна 150 млрд
солнечных масс.
• Спиральное строение
• Сосредоточена в гигантском «диске»
толщиной около 1500 световых лет.
• Ядро Галактики является источником
мощного излучения. Вокруг него
вращаются с разной скоростью звезды.
• Скорость движения Солнечной системы
вокруг ядра Галактики составляет 250
км/с.
• На один оборот ей требуется примерно
200 млн лет. Расстояние от Солнца до
центра Галактики – около 30 тыс.св.лет, а
до ее края – несколько меньше.

15. Спутниками нашей Галактики

- являются две
туманности,
наблюдаемые в
южном полушарии
неба и
представляющие
собой галактики
неправильной формы.
• Большое и Малое
Магеллановы
Облака. Расстояние
до них оценивается в
120 тыс. световых
лет.

16. Звезды.

• Звезды – самосветящиеся небесные тела,
состоящие из раскаленных газов. Солнце –
ближайшая к нам звезда. Расстояние от Земли
до Солнца – 8,3 световой минуты.
Созвездия – участки, на которые разделяют
звездное небо по фигурам, образуемым яркими
звездами. Всего насчитывается 88 созвездий.
Звездная величина – принятая в астрономии
единица измерения видимого блеска звезд и
других небесных тел.
Светимость определяется как отношение силы
света звезды к силе света Солнца.

17. Солнце

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Возраст Солнца – 4-5 млрд лет.
Ближайшие к Солнцу звезды –
Сириус и ά-Центавра.
Скорость движения Солнца
вокруг оси Галактики – 250
км/с.
Расстояние от Земли до Солнца
8,3 световой минуты или 149,6
млн км.
Диаметр Солнца оценивается в
1,4 млн км.
Масса Солнца в 333 тыс. раз
больше массы Земли, а его
объем больше земного в 1млн
304 тыс. раз.
Средняя плотность Солнца в
выше плотности воды в 1,4
раза, но распределена она
неравномерно: внутри Солнца
она чрезвычайно высока, а
снаружи – крайне низкая.
Солнце состоит из нескольких слоев –
внутренних и внешних. К внутренним слоям
относятся ядро, область лучистого переноса
энергии и конвективная зона. Корона – внешняя
часть атмосферы Солнца. Температура ее
составляет более 1 млн К. Корона прозрачнее, чем
хромосфера.

18. Солнечная система.

В настоящее время проблема происхождения
Солнечной системы остается открытой. Гипотезы ее
возникновения следующие:
1. Планеты Солнечной сформировались путем
объединения твердых, холодных тел и частиц,
входящих в состав туманности, которая когда-то
окружала Солнце.
2. Спутники планет образовались из роя частиц,
окружавших планеты.
3. Орбиты всех планет являются почти круговыми и
лежат в одной плоскости, совпадающей с
экваториальной плоскостью Солнца. Общая масса
всех планет Солнечной системы составляет всего
2% от массы Солнца.

19. Планеты Солнечной системы (земная группа).

Ближайшие к Солнцу планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс –
называются твердыми планетами.
• Меркурий Он состоит из железного ядра, расплавленной
каменистой мантии и твердой коры. Атмосфера отсутствует. На
ночной стороне Меркурия температура составляет -1700С, а на
освещенной достигает 3500С.
• Венера по размерам, массе и плотности похожа на Землю, но имеет
очень плотную атмосферу. На Венере действует парниковый
эффект. Температура на поверхности составляет 400-5000 С.
• Луна – спутник Земли - имеет небольшое ядро из железа и серы,
окруженное полурасплавленной астеносферой. Над астеносферой
расположена литосфера, над ней – кора из минералов, богатых
кальцием и алюминием.

20. Планеты Солнечной системы (газовые).

• Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун -газообразные планеты. У
Юпитера 16 спутников. Наиболее известные из них: Ио,
Европа, Ганимед, Каллисто. Юпитер имеет очень плотную
атмосферу, состоящую из водорода, гелия, метана и аммиака.
Сатурн известен своими кольцами, которые состоят из
большого количества кусков льда различного размера. Ядро
Сатурна состоит из льда и камня и окружено слоями жидкого и
металлического водорода. В атмосфере Сатурна бушуют ветры
со скоростью до 1800 км/ч.