История изучения структуры Вселенной
Разнообразные галактики, открытые в рамках проекта SINGS. Смотреть в полном размере.
Впервые об идее крупномасштабной структуры Вселенной задумался выдающийся астроном Уильям Гершель. Именно ему принадлежат такие открытия как обнаружение планеты Уран и двух ее спутников, двух спутников Сатурна, открытие инфракрасного излучения и идея о движении Солнечной системы сквозь космическое пространство. Самостоятельно сконструировав телескоп и проведя наблюдения, он выполнил объемные подсчеты светил различной яркости в определенных областях небосвода и пришел к выводу, что в космическом пространстве существует большое множество звездных островов.
Позже, в начале ХХ-го века американский космолог Эдвин Хаббл смог доказать принадлежность некоторых туманностей к структурам, отличным от Млечного Пути. То есть было достоверно известно, что за пределами нашей галактики также существуют различные звездные скопления. Исследования в этом направлении вскоре значительно расширили наше понимание Вселенной. Оказалось, что помимо Млечного Пути в космическом пространстве существуют десятки тысяч иных галактик. В попытке составить какую-нибудь упрощенную карту видимой Вселенной ученые наткнулись на тот примечательный факт, что галактики в пространстве распределены неравномерно и составляют собою иные структуры немыслимых размеров.
Скопление галактик в созвездии Гидра
Основные элементы наблюдаемых космических структур.
Все планеты (кроме двух самых близких к Солнцу) окружены спутниками и вместе с ними обращаются вокруг Солнца, образуя Солнечную систему. Обнаружены планетные системы и вокруг многих других звезд. Более половины наблюдаемых звезд входит в состав звездных пар или кратных звездных систем (Солнце в этом отношении – нетипичная звезда, поскольку она одиночная). Звезды также образуют скопления. Внимательный наблюдатель может найти их на небе даже невооруженным глазом или с помощью бинокля, а телескопы позволяют запечатлеть многие сотни звездных скоплений, находящихся на различном расстоянии от нас.
Вся совокупность наблюдаемых на небе звезд образует обширную систему — Галактику, К пониманию этого астрономы пришли не сразу. Чем звезды слабее, а, значит, чем больше среднее расстояние до них, тем больше они концентрируются к плоскости Млечного Пути, сливаясь вдали с его бесчисленными звездами, не различимыми по отдельности. Поэтому представление о том, что совокупность звезд образует сплюснутую систему, выглядело вполне убедительным. Но какова форма Галактики, протянулась ли она в бесконечность или имеет свои размеры, и каково место Солнца в ней? Первую научную попытку решения этого вопроса предпринял в 18 в. английский астроном Вильям Гершель, вошедший в историю как автор многих фундаментальных открытий. Например, он открыл планету Уран, первым доказал движение Солнечной системы в пространстве, первым обнаружил существование невидимых (инфракрасных) лучей. Для изучения структуры звездного мира он предложил оригинальный метод (метод звездной статистики), основанный на скрупулезных подсчетах звезд различной яркости в избранных областях неба, и реализовал его с помощью собственноручно построенных телескопов. Гершель пришел к выводу об ограниченности в пространстве нашего звездного мира и очень грубо оценил размеры нашей звездной системы. Стоит заметить, что во времена Гершеля не были известными даже расстояния до ближайших звезд. При этом Гершель был убежден в существовании множественности звездных островов – галактик во Вселенной, хотя это предположение удалось окончательно доказать только в 1920-х, когда были измерены расстояния до нескольких ближайших к нам галактик.
Галактики, действительно, оказались основными «кирпичиками» Вселенной, именно в них сосредоточена подавляющая часть всех звезд, существующих в природе, а также большие массы межзвездного газа. Современным крупным телескопам потенциально доступны наблюдения многих сотен миллионов галактик, разбросанных по всему небу и находящихся в пределах 10–12 млрд. световых лет от нас.
То, что галактики распределены на небе, как и звезды, неравномерно, выяснилось даже раньше, чем была установлена их физическая природа. Уже наблюдения с небольшими телескопами привели к выводу, что в некоторых областях неба туманных пятен (так выглядят галактики в окуляр телескопа) много, а в некоторых – они практически отсутствуют. Тенденция туманных пятен скапливаться в «пласты» отмечал еще Гершель. Правда, наблюдаемое распределение галактик на небе оказалось связанным не только с особенностью их пространственного скучивания, но и с тем, что в направлении на полосу Млечного Пути межзвездная пыль сильно поглощает свет далеких объектов, и, как удалось выяснить уже в 20 в., галактики там практически отсутствуют просто из-за непрозрачности межзвездного пространства. Но вдали от Млечного Пути поглощение мало, а наблюдаемые галактики тем не менее распределены неравномерно. Так большое число сравнительно ярких галактик (10–13 звездной величины) наблюдается в созвездии Девы, где они образуют крупное скопление. Его так и называют – скоплением в Деве или латинским именем скопления – Virgo (читается: Вирго). С помощью больших телескопов удается выделить тысячи скоплений галактик на различном расстоянии от нас. Обнаружены и более крупные образования, чем скопления (см. ниже).
Структуры, образуемые галактиками и их системами, называют крупномасштабными структурами. Вопрос об их существовании и их свойствах оказался тесно связанным с фундаментальной научной проблемой возникновения и эволюции всей наблюдаемой Вселенной.
Причины возникновения крупномасштабной структуры Вселенной
Несмотря на наличие таких масштабных конструкций, как галактические стены и нити, самыми крупными устойчивыми структурами все же считаются скопления галактик. Дело в том, что известное расширение Вселенной постепенно растягивает структуру любых объектов, и бороться с этой силой может лишь гравитация. В результате наблюдений за скоплениями и сверхскоплениями был обнаружен такой потрясающий эффект как «гравитационное линзирование». То есть лучи, проходящие через межзвездное пространство, искривляются, что указывает на наличие в нем огромной невидимой, скрытой массы. Она может принадлежать различным ненаблюдаемым космическим телам, однако в таких масштабах вероятнее всего принадлежит темной материи
Крест Эйнштейна — гравитационно-линзированный квазар
Опираясь на почти однородное реликтовое излучение, ученые убеждены в том, что и вещество во Вселенной должно распределяться равномерно. Но особенность гравитации в том, что она склонна стягивать любые физические частицы в плотные структуры, тем самым нарушая однородность. Таким образом, спустя какое-то время после Большого Взрыва незначительные неоднородности в распределении вещества в пространстве стали все более стягиваться в некоторые структуры. Их возрастающая гравитация (в силу возрастания массы на объем) постепенно замедляла расширение, пока не остановила его вовсе. Мало того, в некоторых частях расширение обернулось в сжатие, что и стало причиной образования галактик и галактических скоплений.
Подобная модель проверялась при помощи компьютерных расчетов. Учитывая совсем незначительные флуктуации (колебания, отклонения) в однородности реликтового излучения, компьютер просчитал, что такие же мелкие флуктуации в распределении вещества после Большого Взрыва при помощи гравитации вполне могли породить скопления галактик и ячеистую крупномасштабную структуру Вселенной. https://www.youtube.com/watch?v=MD7HBx0pCYs
Как сравнить размеры объектов Солнечной системы?
Перед тем как вы попытаетесь представить себе масштабы Вселенной, стоит разобраться с Солнцем и планетами. Ведь их тоже бывает сложно соотнести друг с другом. Чаще всего условный размер огненной звезды отождествляют с бильярдным шаром, диаметр которого равен 7 см. Стоит отметить, что в реальности он достигает около 1400 тыс. км. В таком «игрушечном» макете первая планета от Солнца (Меркурий) оказывается на расстоянии 2 метров 80 сантиметров. При этом шарик Земли будет иметь в диаметре всего половину миллиметра. Он расположен от звезды на расстоянии 7,6 метра. Расстояние до Юпитера в этом масштабе будет равно 40 м, а до Плутона — 300.
Если говорить об объектах, которые находятся за пределами Солнечной системы, то самая близкая звезда — Проксима Центавра. Она будет удалена так сильно, что это упрощение оказывается слишком маленьким. И это при том, что она находится в пределах Галактики. Что же говорить про масштабы Вселенной. Как видим, она фактически безгранична. Всегда хочется узнать, как соотносятся Земля и Вселенная. И после получения ответа не верится в то, что наша планета и даже Галактика — ничтожная часть огромного мира.
Основные составляющие элементы Вселенной
Система «планета – спутник» является одним из примеров простейшей структуры в космосе. Так, наша планета Земля и её спутник Луна являются одним из таких примеров. В свою очередь планеты, вращаясь около Солнца, образуют планетную систему.
Солнечная система является примером планетарной системы, однако, примером не типичным. Это связано с тем, что согласно наблюдениям исследователей, основную часть звёздных систем составляют парные звёздные системы. Также может быть ситуация, когда количество светил является чётным, а наше Солнце, как мы можем убедиться, у нас всего лишь одно.
Солнечная система согласно разработанной структуре входит в местное межзвездное облако.
Межзвездным облаком называют скопления газа, пыли и плазмы в нашей и в иных галактиках.
Наша Солнечная система вошла в такое облако по расчетам специалистов примерно 44 — 150 тысяч лет назад.
По оценкам специалистов наша родная Солнечная система останется в пределах Местного межзвездного облака ещё примерно в течении 10 -20 тысяч лет.
Следующим этапом в выделяемой структуре является галактический рукав.
Галактический рукав – так называют часть структуры спиральной галактики.
В таких рукавах согласно исследованиям, имеется некоторое количество пыли, молодых звёзд, и, разумеется, большое количество звездных скоплений.
Солнечная система входит в так называемый рукав Ориона.
Рукавом Ориона называют небольшую часть Млечного Пути, его галактический рукав. Специалисты определяют толщину рукава Ориона примерно в 3500 тысячи световых лет. Длину рукава определяют примерно в 11 тысяч световых лет.
Отметим, что Рукав Ориона также могут называть Местным рукавом или Шпорой Ориона.
Название рукава происходит от расположенных в нем звёзд из созвездия Ориона.
Основным свойством и одновременно одной из проблем является длительность жизни спиральных рукавов. Считается в данный момент, что спиральные ветви являются волнами плотности, которые образовались в результате развития возникших неустойчивостей в диске.
Следующим более сложным и крупным типом структуры являются галактики, в которые входят звёздные скопления и их планетные системы.
Земля и Солнечная система входят в галактику Млечный Путь.
Замечание 1
Галактика Млечный Путь – это система звезд, звёздных скоплений межзвёздного газа, пыли, темной материи и планет, которые связаны гравитацией. Все объекты, входящие в состав галактики, принимают участие в движении относительно общего для всех центра масс.
Рисунок 1. Галактика Млечный Путь. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Галактики, за исключением той, в которой пребываем мы, являются очень далекими объектами.
На небе мы можем разглядеть без приборов всего четыре галактики. Это галактика Андромеды (ее можно увидеть в северном полушарии), Большое и Малое Магелланово облако которые возможно наблюдать в южном полушарии Земли. Последние две галактики являются спутниками нашей галактики Млечный Путь. А также возможно наблюдать галактику, носящую скромное имя Треугольник или М33, что находится в созвездии Треугольника. Эту галактику можно увидеть в северном полушарии в незасвеченном небе.
Замечание 2
Сколько всего галактик неизвестно. Есть предположение, что их около двух триллионов. Отмечается, что галактики распределяются неравномерно, пустые зоны между ними называют войдами.
Средние века и Новое время
После крушения Римской империи и распространения христианства, Европа почти на тысячелетие погрузилась в Темные века – развитие естественных наук, в том числе и астрономии, практически остановилось. Европейцы черпали информацию об устройстве и законах Вселенной из библейских текстов, немногочисленные астрономы твердо придерживались геоцентрической системы Птолемея, небывалой популярностью пользовалась астрология. Реальное изучение учеными Вселенной началось только в эпоху Возрождения.
В конце XV столетия кардиналом Николаем Кузанским была выдвинута смелая идея об универсальности мироздания и бесконечности глубин Вселенной. Уже к XVI веку стало понятно, что взгляды Птолемея ошибочны, и без принятия новой парадигмы дальнейшее развитие науки немыслимо. Поломать старую модель решился польский математик и астроном Николай Коперник, предложивший гелиоцентрическую модель Солнечной системы.
Гелиоцентрическая модель, предложенная польским священником и астрономом Коперником
С современной точки зрения, его концепция была несовершенной. У Коперника движение планет обеспечивалось вращением небесных сфер, к которым они крепились. Сами орбиты имели круговую форму, а на границе мира находилась сфера с неподвижными звездами. Однако, поместив Солнце в центр системы, польский ученый, без сомнения, совершил настоящую революцию. Историю астрономии можно разделить на две большие части: древнейший период и изучение Вселенной от Коперника до наших дней.
В 1608 году итальянский ученый Галилей изобрел первый в мире телескоп, который дал огромный толчок развитию наблюдательной астрономии. Теперь ученые могли созерцать глубины Вселенной. Оказалось, что Млечный путь состоит из миллиардов звезд, Солнце имеет пятна, Луна – горы, а вокруг Юпитера вращаются спутники. Появление телескопа вызвало настоящий бум оптических наблюдений за чудесами Вселенной.
В середине XVI века датский ученый Тихо Браге первым начал регулярные астрономические наблюдения. Он доказал космическое происхождение комет, опровергнув тем самым идею Коперника о небесных сферах. В начале XVII столетия Иоганн Кеплер разгадал тайны движения планет, сформулировав свои знаменитые законы. В это же время были открыты туманности Андромеды и Ориона, кольца Сатурна, составлена первая карта лунной поверхности.
В 1687 году Исааком Ньютоном был сформулирован закон всемирного тяготения, объясняющий взаимодействие всех составляющих Вселенной. Он позволил увидеть скрытый смысл законов Кеплера, которые, по сути, были выведены эмпирическим путем. Принципы, открытые Ньютоном, позволили ученым по-новому взглянуть на пространство Вселенной.
XVIII столетие стало периодом бурного развития астрономии, значительно расширившим границы известной Вселенной. В 1785 году Кант выдвинул блестящую идею, что Млечный путь – это огромное звездное скопление, собранное воедино гравитацией.
В это время на «карте Вселенной» появлялись новые небесные тела, совершенствовались телескопы.
В XIX веке инструменты ученых стали более точными, появилась фотографическая астрономия. Спектральный анализ, появившийся в середине столетия, привел к настоящей революции в наблюдательной астрономии – теперь темой для исследований стал химический состав объектов. Был открыт пояс астероидов, измерена скорость света.
Эволюция
Полагаясь на достоверность Теории Большого взрыва, ученые предполагают, что эволюция Вселенной происходила в такой последовательности:
Эпоха сингулярности
Это наиболее ранний период развития мироздания. Небольшая точка, которая состоит из протонов и нейтронов, “взрывается”. Время такого “Бума” составляет всего 0,0001 секунды. После этого, стартовал процесс синтезирования частиц, за счет чего образуется водород и гелий. Из-за высочайшей температуры в миллиарды градусов, этот процесс происходит быстро, что приводит к расширению космического пространства.
Эпоха инфляции
В этот период, просторы Вселенной заполнила энергия одинаково высокой плотности, невероятно высокой температуры и давления. Это приводит к быстрому расширению и постепенному охлаждению. Эпоха знаменательна столкновением и разрушением частиц и античастиц. Это приводит к превосходству материи над антиматерией.
Справочная информация
ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организацииМуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммыОтчетыпо упоминаниямДокументная базаЦенные бумагиПоложенияФинансовые документыПостановленияРубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датамРегламентыТерминыНаучная терминологияФинансоваяЭкономическаяВремяДаты2015 год2016 годДокументы в финансовой сферев инвестиционной
Структура галактики
Человека всегда интересовало, как устроена Вселенная. Бесспорно, структура и масштабы Вселенной удивляют и завораживают. Ведь это неимоверно красивейшее зрелище. На самом деле, несмотря на разнообразие звёздных объединений, выделена их общая структура. Ядро является центром. Это как сердце галактики и отдельной галактики в одном. Можно сказать, что сила галактики заключена в нём.
Структура галактики
Диск включает в себя основное количество газа, пыли и звёзд. Балдж представляет собой часть в центре. Это внутренний и очень яркий элемент галактики. Гало это внешняя часть сферы, которая плавно переходит от балджа. Рукава имеются не во всех галактиках. Это структура из молодых звёзд и газа. Могут быть в разной степени закрученными. Бар или перемычка является плотным формированием из газа и звёзд.
Правильные скопления галактик
Скопление галактик в созвездии Волосы Вероники
Правильные (регулярные) скопления — как правило правильной сферической формы, состоят из большого числа галактик (количество может превышать 10 тысяч), к центру этого скопления увеличивается концентрация галактик. Самые яркие члены этих скоплений относятся к типам E и S0. В самом центре можно обнаружить одну или две ярчайшие эллиптические галактики.
Типичным и известным представителем правильных скоплений является скопление в созвездии Волосы Вероники (показано на изображении выше). Его размеры превышают 4 Мегапарсека. Помните, что 1 парсек = 3.08567758 × 1016 метра. Число галактик в этом скоплении — несколько десятков тысяч.
История космологии: древнейший период
Человек задумывался об устройстве окружающего мира с незапамятных времен. Наиболее ранние представления о строении и законах Вселенной можно обнаружить в сказках и легендах разных народов мира.
Считается, что регулярные астрономические наблюдения впервые стали практиковаться в Месопотамии. На этой территории последовательно проживали несколько развитых цивилизаций: шумеры, ассирийцы, персы. О том, как они представляли себе Вселенную, мы можем узнать из множества клинописных табличек, найденных на месте древних городов. Первые записи, касающиеся движения небесных тел, датируются VI тысячелетием до нашей эры.
Небесный диск из Небры. Он датируется XVII веком до н. э. Считается, что этот артефакт использовался для астрономических наблюдений
Из астрономических явлений шумеров больше всего интересовали циклы – смены времен года и фаз луны. От них зависел будущий урожай и здоровье домашних животных, следовательно, и выживание человеческой популяции. Из этого был сделан вывод о влиянии небесных тел на процессы, происходящие на Земле. Стало быть, изучая Вселенную, можно предсказывать свое будущее – так родилась астрология.
Шумеры изобрели шест для определения высоты Солнца, создали солнечный и лунный календарь, описали основные созвездия, открыли некоторые законы небесной механики.
Значительных высот наука о небе достигла в Древнем Китае. Здесь еще в III тысячелетии до н. э. появилась должность придворного астронома, а в XII веке до н. э. были открыты первые обсерватории. О солнечных затмениях, пролетах комет, метеоритных потоках и других интересных космических событиях древности мы в основном знаем из китайских летописей и хроник, которые скрупулёзно велись на протяжении столетий.
В большом почете астрономия была у эллинов. У них изучением этого вопроса занимались многочисленные философские школы, каждая из которых, как правило, имела собственную систему Вселенной. Греки первыми выдвинули предположение о шарообразной форме Земли и о вращении планеты вокруг собственной оси. Астроном Гиппарх ввел в оборот понятия апогея и перигея, эксцентриситета орбиты, разработал модели движения Солнца и Луны, высчитал периоды обращения планет. Большой вклад в развитие астрономии внес Птолемей, которого можно назвать творцом геоцентрической модели Солнечной системы.
Геоцентрическая модель Птолемея. На протяжении столетий люди считали, что Земля — это центр Вселенной
Больших высот в изучении законов Вселенной достигла цивилизация майя. Это подтверждают результаты археологических раскопок. Жрецы умели предсказывать солнечные затмения, они создали совершенный календарь, построили многочисленные обсерватории. Астрономы майя наблюдали ближайшие планеты и смогли точно определить их периоды обращения.
Бизнес и финансы
БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиУправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги — контрольЦенные бумаги — оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудитМеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетикаАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством
Крупномасштабная структура Вселенной
Со временем ученые обнаружили, что галактики-одиночки – достаточно редкое явление во Вселенной. Подавляющая же часть галактик образуют крупномасштабные скопления, которые могут быть различных форм и включать в себя две галактики или кратное число, вплоть до нескольких тысяч. Помимо огромных звездных островов эти массивные звездные структуры включают еще и скопления газа, разогретого до высоких температур. Несмотря на очень низкую плотность (в тысячи раз меньше, нежели в солнечной атмосфере), масса этого газа может значительно превышать суммарную массу всех звезд в некоторых совокупностях галактик.
Полученные результаты наблюдений и расчетов навели ученых на мысль о том, что скопления галактик также могут образовывать иные более крупные структуры. Вслед за этим стали два интригующих вопроса: если сама по себе галактика, сложная структура, является частью некой более масштабной конструкции, то может ли эта конструкция быть составной чего-нибудь еще большего? И, в конце концов, есть ли предел такой иерархичной структурности, когда каждая система входит в состав другой?
Галактические стены напоминают сплетения нейронов в коре головного мозга человека
Положительный ответ на первый вопрос подтверждается наличием сверхскоплений галактик, которые в свою очередь перерастают галактические нити, или как их иначе называют «стены». Их толщина в среднем около 10 млн. св. лет, а длина 160 — 260 млн. световых лет. Однако, отвечая на второй вопрос, следует отметить, что сверхскопления галактик не являются некой обособленной структурой, а лишь более плотные участки галактических стен. Поэтому сегодня ученые уверены в том, что именно галактические нити (стены), наибольшие космические структуры, вмесите с войдами (пустым пространством, свободным от звездных скоплений) формируют волокнистую или ячеистую структуру Вселенной.
Положение Земли во Вселенной
Несколько отходя от темы, укажем положение нашей планеты в столь сложной структуре:
- Планетарная система: Солнечная
- Местное межзвёздное облако
- Галактический рукав Ориона
- Галактика: Млечный Путь
- Скопление галактик: Местная группа
- Сверхскопление галактик: Местное сверхскопление (Девы)
- Сверхскопление галактик: Ланиакея
- Стена: Комплекс сверхскоплений Рыб-Кита
Современные результаты исследований утверждают, что Вселенная состоит не менее чем из 200 миллиардов галактик. Галактические стены по своей природе являются относительно плоскими и составляют собой стенки «ячеек» Вселенной, а места их пересечений и формируют сверхскопления галактик. В центре же этих ячеек располагаются войды (англ. void — пустота).
Сверхскопления галактик
Изображение взято из Википедии
Крупномасштабные неоднородности в распределении галактик носят так называемый «ячеистый» характер. На стенках каждой ячейки расположено много галактик и скоплений, а внутри — большие пустые пространства. Размеры таких ячеек примерно составляют 100 Мегапарсек, толщина стенок — 3-4 Мегапарсека. Большие правильные или неправильные скопления галактик находятся в узлах этой ячеистой структуры. Отдельные участки (фрагменты) этой структуры называют сверхскоплениями. Как правило, сверхскопления имеют вытянутую или неправильную форму. На изображении выше часть сверхскоплений подписана.
Теперь вы представляете масштабы Вселенной (хотя, наверное, такое нельзя представить). Его невообразимые размеры. Это многотысячные скопления галактик, сверхскопления, внутри каждого из которых миллионы звёзд, каждая из них имеет множество планет, возможно на которых живут разумные существа. Вот только далеко нам до них и совсем не верится, что когда-нибудь мы кого-нибудь повстречаем!
