Мегамир космос Взаимодействующая и развивающаяся система Системная организация

Мегамир (космос) Взаимодействующая и развивающаяся система Системная организация материи во Вселенной Космические тела • • Диффузная материя Метагалактики (системы галактик) Звездные системы (галактики) Звезды (99, 9% массы галактик) Планетные системы Планеты Спутники планет Астероиды Кометы • Газово-пылевые туманности (облака пыли и газа) • Разобщенные молекулы • Разобщенные атомы • Излучение (оптическое излучение, радиоизлучение)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВСЕЛЕННОЙ Расширение Вселенной (скорость разбегания скоплений галактик друг от друга (постоянная Хабла)) 55 (км/с) Мпс Средняя плотность вещества Вселенной (соответствует равномерному распределению видимого вещества в наблюдаемой части пространства): на основе наблюдений 3· 10 -31 Мг/м 3 теоретическая 1· 10 -29 Мг/м 3 Плотность излучения во Вселенной 109 фотонов на 1 нуклон Число галактик в наблюдаемой части Вселенной 1011 Расстояние до самой удаленной наблюдаемой обыкновенной галактики 5· 109 световых лет Расстояние до самого удаленного наблюдаемого квазара 12· 109 световых лет

СОВРЕМЕННЫЕ КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ (основные теории) Теории стационарного состояния Вселенной Стационарность: • Вселенная не претерпевает эволюции; • изменяться могут отдельные космические объекты, но не мир в целом. Пространство и время: абсолютны; метрически бесконечны; однородны; изотропны. Теории нестационарного состояния Вселенной Нестационарность: • Вселенная с течением времени либо расширяется, либо сжимается; • во Вселенной могут чередоваться циклы сжатия и расширения. Вселенная изотропна и однородна

Современные космологические модели Вселенной Модель Пространство Протяженность пространства Фридмана- Леметра Сферическое Закрытое и конечное Расширение сменяется сжатием Леметра Сферическое Закрытое и конечное Расширяется вечно, имеется квазистатическая фаза Плоское Открытое и бесконечное Эйнштейна-де Ситтера Характер эволюции Расширяется вечно

Возможные варианты эволюции Вселенной Соотношение между ЕГР и ЕК Характер эволюции Тип Вселенной ЕГР < ЕК Силы тяготения не способны остановить разбегание галактик, расширение Вселенной необрати-мо Открытая Вселенная ЕГР > ЕК Темпы расширения замедляются до полной остановки, после чего начинается сжатие вещества до исходного состояния сингуляр-ности Закрытая Вселенная ЕГР ≈ ЕК Расширение не прекращается, Квазистационарн но его скорость со временем ая стремится к нулю Вселенная (пульсирующее расширение)

КОСМИЧЕСКАЯ ШКАЛА ВРЕМЕНИ (от момента Большого взрыва до образования планет) Космиче ское время Эпоха (эра) Темра, К Характерные процессы Время от сегодн. момента Большой взрыв 20 млрд. лет 0 Сингулярность 10 -43 сек Планка 1032 Рождение элементарных частиц. Во вселенной доминирует излучение. Т[Мэ. В] ~ t – 1/2 [c]; r[г/см 3] ~ 4, 5 * 10 – 3 * t – 2[c], 10 -35 сек Барионов 1028 Установление числа барионов, возникновение ассиметрии между материей и антиматерией 10 -8 сек Адронов 1014 Аннигиляция протонантипротонных пар 10 -4 сек Лептонов 10121010 Аннигиляция электроннопозитронных пар 1000 сек Синтеза ядер 109 -106 Становление первоначального химического состава Вселенной (Н – 70%, Не – 30%)

Космиче ское время Эпоха 10000 лет Вещества 108 лет Прозрачной Вселенной Темра, К Характерные процессы Время от сегодн. момента Во Вселенной начинает доминировать вещество Отделение излучения от вещества 19, 7 млрд. лет 1 -2 млрд. лет Начало образования галактик 19 -18 3 Галактики начинают образовывать скопления 17 4 Сжатие нашей Протогалактики 16 4, 1 Образование звезд 15, 9 15, 2 Образование межзвездного облака, давшего начало Солнечной системе 4, 8 15, 4 4000 2, 7 Образование планет

ОБЩАЯ ЭВОЛЮЦИЯ ЗВЕЗД Обычные звезды Звездные ассоциации Переменные звезды Нестационарные звезды Белый карлик Новые звезды Сверхновые звезды Красные гиганты «Черные дыры» «Белые дыры» Черный карлик Газовые туманности (остатки вспышек сверхновых звезд) Нейтронные звезды Квазары

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОЛНЦА Радиус 6, 9599· 108 м Объем 1, 4122· 1027 м 3 Площадь поверхности 6, 087· 1018 м 2 Масса Линейная скорость вращения на экваторе 1, 989· 1030 кг 2, 025 км/с Эффективная температура на поверхности Расстояние до центра Галактики 5770 К 28000 св. лет Скорость обращения вокруг галактического центра 250 км/с Период обращения вокруг галактического центра 200 млн. лет Возраст 5 млрд. лет Температура в центре 15 млн. К Плотность в центре 160 Мг/м 3 Давление в центре 3, 4· 1016 Па Химический состав (по массам) Н – 71%, Не – 26, 5%, ост. – 2, 5% Уменьшение массы в результате излучения 4, 3 млн. т/с

ЗВЕЗДНАЯ СИСТЕМА – МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ (общая характеристика) Диаметр 120000 световых лет Толщина 6500 световых лет Масса 1, 4· 1011 массы Солнца Масса газа и пыли от массы всех звезд Расстояние спиральных рукавов от центра 5% 30000 – 40000 световых лет Скорость вращения на расстоянии 3000 св. лет от центра 200 км/с на расстоянии 6000 св. лет от центра 183 км/с на расстоянии 100000 св. лет от центра 150 км/с Скорость освобождения для центра Галактики 700 км/с над Солнцем 360 км/с для края Галактики 240 км/с

ГИПОТЕЗЫ ОБ ОБРАЗОВАНИИ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ ОСНОВНАЯ ИДЕЯ ГИПОТЕЗЫ ГОД АВТОР Вихревое движение – единственная устойчивая форма движения, из первичных и вторичных вихрей образовались Солнце и планеты со спутниками 1644 Р. Декарт Гигантская комета столкнулась с Солнцем и вырвала из него вещество, из которого образовались планеты 1745 Ж. Л. Бюффон Конденсировалось вращающееся облако межзвездного газа 1745 И. Кант На основе гипотезы И. Канта: облако стягивалось и каждый раз, когда центробежная сила оказывалась достаточно большой, от облака отделялось газовое кольцо, из которого образовалась планета. 1796 П. С. Лаплас Солнце прошло близко от звезды, и из него вырвалось вещество 1878 А. Бикертон Солнце прошло близко от звезды, и вещество выплеснулось из приливной волны 1901 Т. К. Чемберлен В магнитном поле Солнца из ионов, выброшенных Солнцем, образовались газовые кольца 1912 О. Биркеланд Солнце столкнулось со звездой, в результате из газового облака образовались планеты 1913 С. А. Аррениус 1917 Х. Джеффрис

ВНУТРИЗВЕЗДНЫЕ ПРОЦЕССЫ Процесс преобразования водорода в гелий в звезде:

Черные дыры – звезды, сжатые до величины гравитационного радиуса. В них вещество находится в состоянии сингулярности (плотность выше 1074 г/см 3). Черная дыра − это область пространства, из которой ни свет, ни вещество, ни какиелибо сигналы не могут выйти наружу вследствие того, что поле тяготения настолько велико, что вторая космическая скорость для находящихся в ней тел должна превышать скорость света. Среднемассивная черная дыра в галактике М 82 Двойные звезды – система из двух звезд, обращающихся вокруг общего центра масс. Спектрально-двойные звезды – звезды, двойственность которых обнаруживается только спектральным анализом. Затменно-двойные звезды – звезды, видимый суммарный блеск которых периодически меняется вследствие того, что они двойные и одна из звезд временами загораживает другую. Кратные звезды – система, состоящая из трех и более звезд.

Нейтронные звезды – звезды, состоящие из огромного сгустка вырожденных нейтронов. Типичный размер нейтронной звезды 10 -30 км (радиус), но масса звезды близка к массе Солнца. Плотность звезды до 100 млн. т/см 3. Нейтронные звезды Пульсары – пульсирующие космические источники радио-, оптического, рентгеновского и гамма-излучений. Квазары – квазизвездные источники радиоизлучения; космические объекты чрезвычайно малых угловых размеров. Отдаленность от Солнца – несколько тысяч мегапарсек. Они излучают в десятки раз больше энергии, чем самые мощные галактики. Масса ядра 108 – 109 масс Солнца, размеры 1016 – 1 17 см.

Красные карлики – звезды, диаметр которых в 2 -3 раза меньше диаметра Солнца, обладающие очень низкой светимостью, плотность звезды 1000 г/см 3. Белые карлики – электронные постзвезды; звезды с массами, сравнимыми с массой Солнца, но гораздо меньших размеров (примерно в 100 раз); плотность белого карлика 10 т/см 3. Молодые белые карлики, окруженные остатками оболочки, наблюдаются как планетарные туманности. Планетарная туманность Красный Паук Планетарная туманность ngc 6752 Красные гиганты − относительно холодные звезды с большой протяженностью (диаметр в сотни раз больше диаметра Солнца); красные гиганты имеют горячее ядро и очень разреженную протяженную оболочку.

ВИДЫ ЗВЕЗД Звезда (в стационарном состоянии) − это газовый шар, который находится в гидростатическом и тепловом равновесии. Переменные звезды – звезды, свойства (блеск и спектр) которых меняются видимым образом. Среди переменных звезд можно выделить цефеиды и вспыхивающие звезды. Цефеиды – это переменные звезды-сверхгиганты, изменяющие блеск с периодом от 1 до 50 суток. Вспыхивающие звезды – это переменные звезды, резко и не периодически изменяющие свой блеск. Новые звезды – это звезды, у которых блеск внезапно увеличивается в тысячи и миллионы раз, а затем медленно спадает. Сверхновые звезды - звезды, в которых происходит катастрофический взрыв, сопровождающийся огромным увеличением их блеска. При взрыве центральная часть становится нейтронной звездой (пульсаром, а вещество внешних слоев выбрасывается со скоростью в несколько тысяч км/с и образует туманность.

ЭВОЛЮЦИЯ ЗВЕЗД (ВАРИАНТЫ РАЗВИТИЯ)