А Смирнова - Секреты мироздания
9. КАК УСТРОЕН МИР?
Любуясь красотой ночного неба, люди издавна задумывались над тем, как устроена Вселенная, есть ли ее рождение и смерть, существует ли жизнь на других планетах, что находится за пределами видимой части небосвода?
Согласно современным воззрениям, основными структурными единицами Вселенной являются грандиозные звездные скопления — галактики, к которым относится и наша Галактика. Совокупность галактик, в доступной для наблюдателя части Вселенной, образует Метагалактику, которая содержит несколько миллиардов галактик. Важным свойством Метагалактики является равномерность распределения в ней материи, что свидетельствует об однородности свойств материи и пространства во всех ее частях.
Основная масса вещества Вселенной сосредоточена в звездах и лишь несколько процентов приходится на межзвездную среду — газ и пыль. Незначительная часть материи находится в форме излучения и электромагнитных частиц. Планетная материя составляет доли процента от общей массы галактик.
Галактики представляют собой крупномасштабную структуру Вселенной, иными словами, доступная наблюдению часть Вселенной — это мир галактик. Форма галактик весьма разнообразна.
Около 25 % изученных галактик имеют эллиптическую форму.
Это наиболее простые по структуре, звездному составу и характеру внутренних движений системы. Звезды в таких галактиках движутся с высокими скоростями (около 200 км/с) в самых произвольных направлениях.
Наиболее распространенным типом (около 50 %) являются спиральные галактики. Эти звездные системы имеют два или более клочковатых спиральных рукава, образующих плоский диск, и в центральной области — сфероидальное вздутие, в котором находится ядро галактики. Как правило, в спиральных рукавах сконцентрированы наиболее яркие газовые туманности, окружающие горячие звезды — сверхгиганты, а также облака темной газово-пылевой материи. Примерно у половины спиральных галактик рукава начинаются от ядра (нормальные спиральные галактики), а у остальных галактик через ядро проходит яркая перемычка, от концов которой начинают закручиваться спиральные рукава. Одна из красивейших спиральных систем, видимых «с ребра», — туманность «Сомбреро» (в созвездии Девы). Наша Галактика также является спиральной. Спиральные галактики вращаются вокруг своей оси не как твердый однородный по массе диск, а по закону, зависящему от характера распределения массы.
Около 20 % галактик относятся к линзообразному типу. В такой системе различают ядро, «линзу» и слабый «ореол». Пять процентов галактик образуют тип неправильных галактик, в которых обычно отсутствует симметрия формы.
Основными физическими характеристиками галактик являются: размер, масса и светимость. Массы галактик принято выражать количеством солнечной массы (mс), равной примерно 2∙1030 кг.
Галактики распределены в пространстве неравномерно, образуя скопления (группы), т. е. относительно близко расположенные галактики, связанные в единую систему силами гравитации. Плотность последних до 8–10 тысяч галактик в 1 Мпк3 (1 мегапарсек равен 0,31∙1020 км). Наиболее исследована сегодня Местная группа галактик, в которой самыми массивными и яркими являются туманность Андромеды (ее масса ~3,6∙1011∙mс) и наша Галактика (масса ~2,5∙1011∙mc). Каждая из них имеет по богатому семейству. Так, в семейство нашей Галактики входят 14 карликовых эллиптических галактик, несколько шаровых внегалактических скоплений и неправильные галактики, среди которых крупнейшие — Магеллановы Облака. Соседние группы галактик расположены на расстоянии в 2–5 Мпк от Местной группы и по составу похожи на нее. Ближайшее крупное скопление галактик находится в созвездии Девы на расстоянии около 20 Мпк. В его состав входят: 7 гигантских эллиптических галактик, 10 спиральных галактик, из которых самая яркая — «Сомбреро». Всего в это скопление входит около 200 галактик высокой и средней светимости, среди которых примерно 30 % эллиптические и линзообразные, остальные — спиральные. Размеры скопления — ~5 Мпк, центральная плотность — около 500 галактик на 1 Мпк3.
Наша Галактика состоит примерно из 200 миллиардов звезд (в их число входит и Солнце). В ней также содержится значительное количество пыли, газа, частиц высокой энергии (космические лучи), и она насквозь пронизана магнитными полями. Звезды в Галактике образуют в пространстве довольно правильную фигуру, которая выглядит как плоский диск с шарообразной выпуклостью в центре, называемой балджем. Размер диска в поперечнике составляет около 30 кпк (1 кпк = 1000 пк; 1 пк (парсек) = 3,086·1013 км), а балджа — 4 кпк. От центральной части диска к периферии отходят спиральные рукава, в которых концентрируются наиболее яркие звезды.
Солнечная система находится в Галактике ближе к краю диска и лежит в плоскости его симметрии. Земной наблюдатель видит диск «с ребра», поэтому огромное количество звезд сливается для него в одну светящуюся полосу, которая образует на ночном небе Млечный путь. Диск с балджем окружены звездным гало (сферической подсистемой) протяженностью около 20 кпк по радиусу. За пределами гало располагается гигантская сфероидальная оболочка, в состав которой, возможно, входят очень слабые красные звезды. Пространственная концентрация звезд в галактической окрестности Солнца равна примерно одной звезде в 10 пк3; в центре Галактики плотность в 10 миллионов раз выше (~106 звезд в 1 пк3).
В нашей Галактике отчетливо выделяются группы звезд — звездные подсистемы, сильно отличающиеся друг от друга химическим составом, характером орбит, скоростей и пространственным положением.
Солнце и движущиеся вокруг него по своим орбитам небесные тела — девять планет (с их спутниками), кометы, астероиды, метеорные тела, а также солнечный ветер (постоянный поток плазмы солнечного происхождения) составляют Солнечную систему. Планеты, в зависимости от их расстояния до Солнца, располагаются следующим образом: Меркурий (время обращения вокруг Солнца — 88 суток); Венера (224,7 суток); Земля (365,3 суток); Марс (687 суток); астероиды (3–8 лет); Юпитер (11,86 лет); Сатурн (24,46 лет); Уран (84,01 лет); Нептун (164,8 лет); Плутон (247,7 лет).
Экваториальный радиус Земли — 6378,16 км, Меркурий, Марс и Плутон меньше Земли соответственно в 2,6, 1,9 и 4,2 раза; Венера примерно одного с ней размера; Сатурн — больше Земли в 9,5 раз, Юпитер — в 11, Уран — в 3,8, Нептун — в 3,9. Все планеты двигаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам.
Вокруг некоторых планет вращаются их спутники. Земля имеет 1 спутник, Марс — 2, Юпитер — 16, Сатурн — 17, Уран — 15, Нептун — 6, Плутон — 1.
Земля мчится вокруг Солнца со средней скоростью 29,765 км в секунду. От Земли до Солнца ~150 млн км; солнечный свет доходит до нее за 8 минут. Солнце в 109 раз больше Земли, его масса (2·1030 кг) превосходит в 330 000 раз массу Земли.
Состав атмосферы планет следующий: Земли — воздух [смесь азота (N2) — 78,1 % и кислорода (O2) — 20,95 %], остальное — водяные пары (H2O), углекислый газ (СО2), инертные газы и др.; Марса — СО2 (95 %), N2 (2,5 %), аргон (Ar) — 1,5–2 %, окись углерода (СО) — 0,06 %, Н2О (до 0,1 %); Венеры — СО2 (97 %), N2 (около 3 %), Н2О (0,05 %) и примеси — СО, SO2, хлористый водород (HCl), фтористый водород (HF); Сатурна — метан (СН4), водород (Н2), гелий (Не), аммиак (NH3); Меркурия — Ar, неон (Ne), Не; Нептуна — СН4, Н2, Не; Урана — Н2, Не, СН4; Плутона — обнаружен метан; Юпитера — Н2, СН4, NH3, Не.
По сильно вытянутым орбитам вокруг Солнца движутся кометы — самые эффектные тела Солнечной системы. Кометы относятся к группе малых тел, куда входят также астероиды, метеорные тела и облака межпланетной пыли. Кометы, находясь вдали от Солнца, выглядят как слабосветящиеся пятнышки овальной формы (размытые диски со сгущением в центре). С приближением к Солнцу у них появляются «голова» и «хвост», направленный в противоположную от Солнца сторону (иногда к Солнцу). Яркие кометы могут иметь несколько хвостов разного цвета и длины; иногда в хвосте наблюдаются параллельные полосы, а вокруг «головы» — концентрические кольца — галосы. Такие кометы очень похожи на голову с распущенными волосами («комета» с греческого означает длинноволосый).
Ежегодно открывают 5–10 новых комет. Довольно часто (один раз в 2–3 года) вблизи Земли и Солнца проходит очень яркая комета с длинным хвостом. Наиболее известными являются периодические кометы: Галлея (период обращения вокруг Солнца Р ≈ 76 лет, ближайшее сближение с Солнцем наблюдалось 09.02.1986 г.); Энке (Р ≈ 3,3 года); Швассмана — Вахмана и др.
Согласно современным данным, в Солнечной системе насчитывается около 1015 больших и малых комет, двигающихся по произвольно ориентированным в пространстве эллиптическим орбитам различных размеров. Размеры орбит многих комет в тысячи раз больше поперечника планетной системы. Такие кометы большую часть времени находятся на далеких окраинах Солнечной системы в так называемом облаке Оорта. При движении в области, занятой планетами, у всех комет изменяется форма орбиты под действием притяжения планет.
