ОСНОВЫ КОСМОЛОГИИ Содержание Теория

ОСНОВЫ КОСМОЛОГИИ

Содержание • • • Теория Большого взрыва Космическое излучение Состав вещества вселенной Тёмная материя, тёмная энергия Эволюция звёзд Модели вселенной Виды галактик Наша галактика Закон Хаббла Модель расширения вселенной (Фридмана) Планеты Солнечной системы

Теория Большого взрыва Календарь событий Космическое время (отсчёт от БВ) Большой взрыв (БВ). Начало зарождения (расширения) Вселенной. Т = 1011 К 0 сек. Аннигиляция протон-антипротонных, электрон-позитронных 1 сек. после БВ пар. Ядерный синтез гелия и дейтерия 1 мин после БВ Т = 109 К 3 мин Возникновение макро вещества во Вселенной 10 тыс. лет Образование галактик 1 -2 млрд. лет Сжатие протогалактик, образование звёзд 4 млрд. лет Образование солнечной системы 15 млрд. лет Образование Земли 16 млрд. лет Зарождение микроорганизмов 17 млрд. лет

Теория Большого взрыва • По разным оценкам ученых возраст Вселенной составляет от 13, 7 до 22 млрд. лет. • Возраст Земли – 4, 5 - 4, 7 млрд. лет. • Возраст Солнца – 4, 7 - 5 млрд. Проблемы теории Большого взрыва: • Что было до Большого взрыва? • Возможно ли возвращение мира в исходное состояние? Сингулярность – точка, из которой началось расширение Вселенной

Космическое излучение • Длинноволновое радиоизлучение • Реликтовое радиоизлучение (остывшее излучение, Т=3 -4 К) – следствие БВ; α 8 β - 87; CG 5=85 • Инфракрасное и оптическое излучение • Мягкое и жёсткое рентгеновское излучение • γ-87; CG 5=85.

Состав вещества вселенной • • Ядра водорода H– 90%; Ядра гелия 42 He – 7%; Ядра других химических элементов – 2%. Электроны – 1%.

Эволюция звёзд • Под действием гравитации ядра водорода сгущаются и начинается термоядерный синтез. Температура повышается. Происходит сублимация – превращение вещества из газообразного в твёрдое и появляется жёлтый карлик (Солнце находится в этой стадии!). Далее водород, подпитывающий горение звёзд, истрачивается, образуется газовое облако вокруг твердой оболочки, происходит расширение границ звезды, образуется красный гигант, у звезды есть возможность светить второй дубль за счет выгорания гелия, образованного в результате термоядерного синтеза из ядер водорода (и уже имеющихся при уплотнении газового облака межзвездных ядер гелия).

Эволюция звёзд Сгорание водорода и гелия до конца способствует переходу в состояние смерти. В зависимости от массы (она у звёзд разная): Остаток звезды = 1, 4 mсолнца – предел Чандрасекара – остаток звезды коллапсирует, превращается в белый карлик, но сила, действующая между некоторыми элементарными частицами останавливает коллапс. mзвезды > 1, 4 mсолнца – остатки звезды сжимаются до тех пор, пока силы между нейтронами не остановят сжатие. Образуется нейтронная звезда (пульсар) – практически невидимая материя, которая определяется только испусканием электромагнитных волн. mзвезды > 2 -3 mсолнца – образуется Чёрная дыра. Предел Чандрасекара — верхний предел массы, при котором звезда может существовать как белый карлик. Если масса звезды превышает этот предел, то она становится нейтронной звездой. Существование предела было доказано индийским астрофизиком Субраманьяном Чандрасекаром. В качестве значения обычно берётся 1, 4 солнечных массы.

Эволюция звёзд Чёрная дыра - Звезда, упавшая сама на себя; - Звезда в конечной стадии, сильно сжатая в результате гравитации Чёрные дыры - конечная стадия эволюции звёзд (массивных); - сверхмассивные чёрные дыры в центре большинства галактик (в центре нашей галактики возле созвездия Стрельца лежит объект > 1 A 25 B>2>3> 3>40, m » 2, 5 <; =. m. Солнца - Чёрная дыра, - поэтому всё кружится вокруг центра галактики) Радиус Шварцшильда – радиус Чёрной дыры (R=2 GM/с2, где G – гравитационная постоянная, М - масса тела, а с - скорость света) 1 световой год – расстояние, проходимое лучом света (с = 300 тыс. км/с в вакууме) за один земной год 1 галактический год = 270 млн. лет 1 а. е. (астрономическая единица) = 150 млн. км – расстояние от Земли до Солнца

Тёмная материя, тёмная энергия Тёмная материя – скрытая масса, форма невидимого вещества, НЕ испускает электромагнитные волны. Включает в себя нейтрино – горячую тёмную материю, движущуюся со скоростью, стремящейся к скорости света. В 1 см 3 – 300 нейтрино Тёмная энергия выполняет функцию антитяготения, превышает гравитацию Барионное вещество – неизвестные массивные слабовзаимодействующие частицы (WIMP), содержит фотино, гравитино, аксионы

Модели вселенной • Современная модель Вселенной. Идёт остывание, светимость уменьшается, звёзды умирают, параллельные прямые скрещиваются • Модель плоской Вселенной. Выполняется евклидовость – параллельные прямые не пересекаются, но все равно придет к схлопыванию • Модель закрытой Вселенной. Идёт к сужению, придёт к большому схлопыванию под действием гравитации, параллельные прямые пересекаются

Виды галактик 1. Спиральные Простые спирали Спирали с перемычками

Виды галактик 2. Эллиптические (бывают и в форме круга) Большие Маленькие

Виды галактик 3. Линзовидные. Имеют ядро, окруженное диском, но без спиральной структуры.

Виды галактик 4. Неправильные (Магеллановы облака)

Наша галактика • Называется «Млечный путь» • Является гигантской спиральной галактикой • Состоит из 150 млрд. звёзд • Размер – 100 тыс. световых лет • Имеет в центре Чёрную дыру • Ближайшие к нам галактики – туманность Андромеды, Магеллановы облака, Большая и Малая Медведицы, Кассиопея • Возраст Земли – 4, 5 – 4, 7 млрд. лет • Возраст Солнца – 5 млрд. лет • Расстояние до центра нашей галактики – 8 к. Пк • Диаметр галактики – 30 к. Пк

Закон Хаббла (закон расширения Вселенной) • - зависимость между расстоянием D до галактики и её лучевой скоростью V, определяемой с помощью эффекта Доплера • H – постоянная Хаббла = 60 -80 км/(с. МПк) • [Пк] – парсек – расстояние = 3, 26 световых лет; параллакс угловой секунды

Модель расширения вселенной (Фридмана) - снижение плотности, расширение Вселенной, разбегание галактик. • Происходит от фиолетового к красному: красный, жёлтый, голубой, фиолетовый, оранжевый, зелёный, синий. • По этому закону расширяется всё, не связанное гравитационными силами (т. е. под этим действием не расширяются планеты, звёзды и т. п. )

Планеты Солнечной системы От Солнца по порядку: • Меркурий (делает полный оборот вокруг Солнца за 88 земных суток) • Венера (атмосфера на этой планете убийственна из-за парникового эффекта, t=480°C, ρ=5 3/A<3) • Земля • Марс (делает полный оборот вокруг Солнца за 686 земных суток, ρ=3, 9 3/A<3, температура колеблется от -140°! 4> +20°!) • Юпитер (ρ=1, 3 3/A<3) • Сатурн • Уран • Нептун • Плутон Первые 4 планеты относятся к планетам земной группы, их можно видеть невооруженным глазом. Все планеты находятся в одной плоскости и движутся в одном направлении против часовой стрелки, исключениями являются Венера и Уран. Юпитер, Сатурн, Нептун, Уран являются газовыми гигантами.

Планеты Солнечной системы Меркурий Венера

Земля Марс Юпитер

Уран Сатурн Нептун Плутон

Планеты Солнечной системы • Пояс Койпера – пояс, состоящий из кометоподобных тел, вращающихся вокруг Солнца; начинается от орбиты Нептуна (от 30 а. е. до 100 а. е. ), открыт в 1992 году. • Облако Оорта – периферия солнечной системы, здесь кометы вращаются вокруг Солнца на расстоянии больше одного светового года (от 10 тыс. а. е. ) • Облако Оорта + пояс Койпера = резервуары комет, астероидов, метеороидов • Планетарная туманность – туманность вокруг одной планеты в форме кольца или эллипса, предпоследняя стадия жизни

Спасибо за внимание!