Вселенная галактика солнечная система реферат
Обновлено: 02.07.2024
В самом крупном масштабе строение Вселенной представляет собой расширяющееся пространство, заполненное губкообразной клочковатой структурой. Стенки этой губчатой структуры Вселенной представляют собой скопления миллиардов звёздных галактик. Расстояния между ближайшими друг к другу галактиками составляют обычно около миллиона световых лет. Каждая звёздная галактика составлена из сотен миллиардов звёзд, которые обращаются вокруг центрального ядра. Размеры галактик составляют до сотен тысяч световых лет. Звёзды состоят в основном из водорода, который является самым распространённым химическим элементом во Вселенной.
Галактикой называется большая система из звёзд, межзвёздного газа, пыли, и тёмной материи, связанная силами гравитационного взаимодействия. Обычно звездные галактики содержат от 10 миллионов до нескольких триллионов звёзд, вращающихся вокруг общего центра тяжести. Кроме отдельных звёзд и разрежённой межзвёздной среды, большая часть галактик содержит множество кратных звёздных систем, звёздных скоплений и различных туманностей. Как правило, диаметр галактик составляет от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч световых лет, а расстояния между ними исчисляются миллионами световых лет. Хотя около 90 % массы галактик приходится на долю тёмной материи, природа этого невидимого компонента пока не изучена. Существуют свидетельства того, что в центре многих (если не всех) галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры. Межгалактическое пространство является практически чистым вакуумом со средней плотностью меньше одного атома вещества на кубический метр. Возможно, что в наблюдаемой части Вселенной находится около 1011 звёздных галактик. Существует три основных вида галактик: эллиптические, спиральные и неправильные. Наша галактика Млечный Путь является большой дискообразной спиральной галактикой с перемычкой, диаметром около 30 килопарсек (или 100 000 световых лет) и толщиной в 3000 световых лет. Она содержит около 3×1011 звёзд, а её общая масса составляет около 6×1011 масс Солнца.
Солнечная система — звёздная система, состоящая из Солнца и планетной системы, включающей в себя все естественные космические объекты, обращающиеся вокруг Солнца: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, а также малые тела — астероиды, кометы, метеороиды, космическую пыль. Солнечная система входит в состав галактики Млечный путь. Согласно современным представлениям, Солнечная система сформировалась приблизительно 5 миллиардов лет назад в результате сжатия газопылевого облака. Планеты Солнечной системы: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Солнце - жёлтая звезда, представляющая собой центральное тело Солнечной системы, в котором сосредоточена подавляющая часть всей её массы (около 99,866 %), и которое удерживает своим тяготением планеты и прочие принадлежащие Солнечной системе тела. Большая часть планет обращается вокруг Солнца в одном направлении, по эллиптическим орбитам с небольшим эксцентриситетом и малым наклонением к плоскости эклиптики, т. е. плоскости орбиты Земли. Самой большой угловой скоростью обладает Меркурий — он успевает совершить полный оборот вокруг Солнца всего за 88 земных суток. А для самой удалённой планеты — Нептуна — орбитальный период составляет 165 лет. Самой большой массой и самым большим экваториальным диаметром обладает Юпитер, самыми маленькими – Меркурий.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Строение и эволюция Вселенной
Изучение Вселенной, даже только известной нам её части, является грандиозной задачей. В прошлом люди наблюдали за происхождение звёзд ,придумывали им названия , старались изучить их, и понять как они устроены . Чтобы получить те сведения, которыми располагают современные ученые, понадобилось много труда. Предки помогли нам хоть чуть-чуть узнать о космосе, но в современно время мы узнали чуть больше ,чем предки, но каждый день появляются новые гипотезы и сведенья о появление новой звезды, новой черной дыры и о другом.
Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь маленьким звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования, проведенные в нашем веке, приоткрыли нам занавес далекого прошлого.
Вселенная эволюционирует, бурные процессы происходили в прошлом, происходят сейчас и будут происходить в будущем.
Ø Узнать как эволюционировала Вселенная
ü Рассмотреть теории и гипотезы о возникновения Вселенной
ü Изучить строение Вселенной
1. Как появилась вселенная
Вселе́нная — не имеет строгого определенного понятия в астрономии и философии. Оно делится на две сущности: умозрительную (философскую) и материальную
Она представляет собой все существующее пространство. Галактики, звезды, планеты – все это часть необъятной Вселенной. (приложение 1 рис.1)
Среди всех теорий о происхождении Вселенной эта появилась самой первой. Очень хорошая и удобная версия, которая, пожалуй, будет иметь актуальность всегда. Кстати, многие ученые физики, несмотря на то что наука и религия часто представляются понятиями противоположными, верили в Бога.
Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения нашей Вселенной - это теория Большого взрыва.
На данный момент теория Большого взрыва является наиболее логичным предположением о том, как возникла Вселенная. Она объясняет появление объектов, физических законов, материй и всего того, что находится в космосе.
Предположительно, все началось с небольшой сингулярности огромной плотности, для которой не существовало времени. В определенный момент она начала расти с огромной скоростью, порождая пространство, физические законы, гравитацию и т.д. Долгое время температура внутри была настолько высокой, что образование каких-либо частиц было невозможным. Через 380 тыс. лет она снизилась до 3000К, и тогда начали формироваться субатомные частицы, которым на смену вскоре пришли полноценные атомы. А через миллиарды лет из пылевых облаков они превратились в звезды, планеты, астероиды.
Взрыв звезды
Но сверхновые – не просто удивительное природное явления. Это самые важные явления, необходимый для развития сложной материи и в том числе, жизни.
Судьба одиночного светила зависит от его начальной массы. Звезды образуются в результате гравитационного коллапса газовых облаков, состоящих в основном из молекулярного водорода и гелия (один атом He на 12 атомов Н2), следовых количеств более тяжелых элементов и твердых пылевых частиц. Коллапс завершается рождением протозвезды, которая имеет шанс превратиться в полноправное светило. Для этого в ее ядре должно начаться устойчивое термоядерное горение водорода, способное полностью компенсировать потери энергии, уносимой в космос излучением звезды (гелий в этом процессе не участвует, поскольку для его поджога требуются куда большие температуры). Минимальная температура, необходимая для воспламенения водорода, составляет около 3 млн К. Согласно модельным вычислениям, для достижения этого порога масса протозвезды должна превысить 0,075 массы Солнца.(приложение2.рис.1)
Сверхновые могут появиться и другими путями. К примеру, хотя большинство белых карликов медленно набирают массу, некоторые звёзды могут получить быстрый прирост массы (например, от столкновения с другой звездой) и быстро преодолеть предел Чандрасекара – так быстро, что они не успеют начать коллапсировать.
2. Строение вселенной
Вселенная — это весь материальный мир, разнообразный по формам, которые приобретает материя и энергия. (приложенние1.рис.3)
Вселенная состоит из пустот и галактических нитей, которые можно разбить на сверхскопления, скопления, группы галактик, а затем и на галактики.
Войды ( пустота) — участки космического пространства, в которых концентрация галактик в десятки раз меньше средней. Они окаймлены скоплениями и сверхскоплениями галактик. Размеры войдов составляют около 10-30 мегапарсек. Большие войды могут достигать в размерах 150 мегапарсек и вероятно охватывают около 50% объема Вселенной.
Галактики
Что такое галактика? – Основная структурная единица во Вселенной, галактика содержит — 150 — 200 миллиардов звезд; звездные системы разного вида, которые состоят из звезд, газовых и пылевых туманностей и межзвездного рассеянного вещества.
Есть одиночные галактики, но обычно они предпочитают располагаться группами. Как правило это 50 галактик, которые занимают в диаметре 6 миллионов световых лет. Группа Млечного Пути насчитывает больше 40 галактик.
Скопления – это область с 50-1000 галактиками, которые могут достигать размеров в 2-10 мегапарсек (диаметр). Интересно заметить, что их скорости невероятно большие, а значит, должны преодолевать гравитацию. Однако они все же держатся вместе.
Обсуждения темной материи появляется на этапе рассмотрения именно галактических скоплений. Считается, что тмено она создает ту силу, которая не дает возможности галактикам разлететься в разные стороны.
Порой группы объединяются, тем самым формируя сверхскопление. Это одни из крупнейших вселенских структур. Наибольший представитель – Великая Стена Слоуна, которая растянулась на 500 миллионов световых лет в длину, 200 миллионов световых лет в ширину и 15 миллионов световых лет в толщину.
Млечный Путь состоит примерно из 10 миллиардов звезд. Свету, чтобы добраться из одного конца галактики в другой, требуется 100 тысяч лет.(приложение1.рис.4.)
Звезды распределены в галактиках неравномерно, в разных частях имеются плотные скопления, напоминающие шар. Также есть пространства, где на протяжении многих световых лет нет ни одного светила.
Вокруг большинства звезд находятся планеты, обладающие уникальным внешним видом, атмосферой и другими особенностями. Также вокруг некоторых имеются спутники – небольшие космические объекты, удерживаемые за счет притяжения.
3. Солнечная система
Со́лнечная систе́ма — планетная система, включает в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг Солнца. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд лет назад. (приложение1.рис.5)
В центре системы располагается Солнце, состоящее из гелия и водорода. Температура на его поверхности составляет примерно 6000 градусов Цельсия, а размеры сферы во много раз больше, чем у других объектов, находящихся в области его притяжения. Звезда относится к желтым карликовым.
Интересный факт: Солнце притягивает объекты на дистанции в два световых года. Это примерно 18,9 триллионов километров.
Вокруг светила на разном расстоянии расположены планеты, которые делятся учеными на две группы: земная и газовая.
Поскольку Солнечной системе миллиарды лет, люди могут лишь строить гипотезы о способах ее появления. Наиболее популярной является небулярная теория, выдвинутая учеными Лапласом, Кантом и Сведенборгом в XVIII веке. Она строится на том, что система образовалась за счет гравитационного коллапса одной из частей огромного облака, состоящего из газа и пыли. В будущем гипотеза дополнялась за счет данных, полученных при исследовании космоса.
Сейчас процесс возникновения Солнечной системы описывается следующими шагами:
1. Изначально в этой области вселенной находилось облако, состоящее из гелия, водорода и других веществ, полученных при взрывах старых звезд. В небольшой его части началось уплотнение, ставшее центром гравитационного коллапса. Он постепенно начал притягивать к себе окружающие вещества.
2. Из-за притяжения веществ размеры облака начали уменьшаться, при этом росла скорость вращения. Постепенно его форма превратилась в диск.
3. По мере сжатия увеличивалась плотность частиц на единицу объема, что приводило к постепенному нагреву вещества за счет частых столкновений молекул.
4. Когда центр гравитационного коллапса разогрелся до нескольких тысяч кельвинов, он начал светиться, что означало образование протозвезды. Параллельно с этим, в разных областях диска начали появляться другие уплотнения, которые в будущем послужат гравитационными центрами для образования планет.
5. Финальный этап формирования солнечной системы начался в период, когда температура центра протозвезды превысила несколько миллионов кельвинов. Тогда гелий и водород вступили в реакцию термоядерного синтеза, что привело к появлению полноценной звезды. Остальные уплотнения диска постепенно сформировались в планеты, которые начали вращаться в одном направлении вокруг Солнца, находясь на одной плоскости.
Данный процесс длился очень долгое время, и ученые могут лишь догадываться, сколько лет ушло на формирование Солнечной системы.
4. Происхождение звезд
Как и все тела в природе, звёзды не остаются неизменными, они рождаются, эволюционируют, и, наконец "умирают". Чтобы проследить жизненный путь звёзд и понять, как они стареют, необходимо знать, как они возникают. В прошлом это представлялось большой загадкой; современные астрономы уже могут с большой уверенностью подробно описать пути, ведущие к появлению ярких звёзд на нашем ночном небосводе(прилодение1.рис.6)
В середине XIX века теории о появлении звезд высказывали многие люди, но самую серьезную гипотезу того времени традиционно связывают с именами Кельвина и Гельмгольца. Изначально предполагалось, что причина свечения Солнца и других звезд очень проста: на них падает какое-то вещество, при ударе оно нагревается и начинает светиться. Более научными словами, кинетическая энергия превращается в тепловую, а та — в энергию излучения. Дальше эта мысль развивалась: чтобы обеспечить наблюдаемую светимость Солнца, на него должно падать много вещества, и нам должно быть видно, как оно пролетает мимо Земли, но его не обнаружили. Тогда исследователи предположили, что этап падения вещества на Солнце был в прошлом, но в процессе падения накопилась энергия и благодаря ей Солнце до сих пор светится.
В рамках физики того времени это было очень удачное предположение: оно было довольно простым и логичным (упало — ударилось — разогрелось — засветилось) и хорошо согласовывалось с данными о светимостях и температурах звезд, которые в то время впервые стали доступными для измерений. Оказалось, что температура и светимость не произвольные величины, а зависят друг от друга. Для большинства звезд большая яркость означает высокую температуру, и, наоборот, чем холоднее звезда, тем она тусклее. В рамках сценария с падением это тоже казалось очень ясным и логичным: яркие и горячие звезды — это те, на которые вещество только-только перестало падать, и они переживают максимум своей светимости, а затем потихоньку станут гаснуть и остывать, превращаясь в тусклые холодные светила.
Не так давно астрономы считали, что на образование звезды из межзвёздного газа и пыли требуются миллионы лет. Но в последние годы были получены поразительные фотографии области неба, входящей в состав Большой Туманности Ориона, где в течение нескольких лет появилось небольшое скопление звёзд. На снимках 1947г. в этом месте была видна группа из трёх звездоподобных объектов. К 1954г. некоторые из них стали продолговатыми, а к 1959г. эти продолговатые образования распались на отдельные звёзды - впервые в истории человечества люди наблюдали, рождение звёзд буквально на глазах этот случай показал астрономам, что звёзды могут рождаться за короткий интервал времени, и казавшиеся ранее странными рассуждения о том, что звёзды обычно возникают в группах, или звёздных скоплениях, оказались справедливыми. (приложение1.рис.7)
5. Эволюция Вселенной
Спустя миллиарды лет, когда в пространстве появились атомы и молекулы, под действием гравитации они начали перемещаться относительно друг друга. Этот период ученые назвали Структурной Эпохой.
Уже в первые мгновения после расширения, в пространстве появились простейшие частицы, имеющие световую природу. Примерно через год начинает появляться темная материя. А еще через 380 тыс. лет после снижения температур появляются молекулы, способные образовывать разные вещества.(приложение2.рис.2)
Постепенно частицы сбились в газовые облака огромных масштабов, а еще через некоторое время начали формироваться звезды и планеты, которые обладают взаимным притяжением. Первые галактики образовались спустя 300 млн. лет с момента Большого взрыва. Однако современный вид они приобрели лишь через 10 млрд. лет.(приложение2.рис.2)
На данный момент Вселенной примерно 13,82 млрд. лет, и ее эволюция далека от завершения. Ученые не сомневаются, что галактики и общая карта пространства еще не раз поменяются, пока не придут к своей конечной форме.
Существует предположение, что финальным этапом формирования Вселенной будет ее повторное сжатие в единую точку сингулярности, которая снова расширится благодаря Большому взрыву.
Доказательством того, что эволюция Вселенной еще далека от завершения, является реликтовое излучение. Если оно заметно на границах пространства, значит, еще не иссякла энергия, выделенная в момент Большого взрыва. Соответственно, космос продолжает расширяться.
Что такое реликтовое излучение?
Диапазон его частот – от 500 МГц до 500 Ггц. Длина наибольшей волны – 60 сантиметров, а наименьшей – 0,6 миллиметров. Имея такие параметры, реликтовое излучение – оно же микроволновый внегалактический фон – несет в себе огромное количество информации о том, как проходила эволюция Вселенной до того, как начали образовываться галактики и квазары, а также многие другие объекты.
Есть несколько основных сценариев, по которым будет происходить дальнейшая эволюция Вселенной. Естественно, процесс расширения будет происходить и дальше, поэтому если он будет достаточно равномерен, то энергия рано или поздно будет исчерпана, что, согласно предсказаниям ученых, приведет к тепловой смерти.+
Другой вариант – Большой Разрыв, то есть распад всего, что уже было создано в результате Большого Взрыва. Это произойдет при ускорении расширения Вселенной.
Также есть сценарий, предполагающий так называемое Большое Сжатие, которое произойдет, если расширение замедлится, а затем и вовсе сойдет на нет.
Как именно все произойдет, не знает никто. Есть лишь некоторые догадки, гипотезы и теории, а известным остается только одно: время определенно покажет, как дальше будет развиваться наша Вселенная.
Приложение1
 |
 |
Рис.7.Происхождение звезд. Туманность Ориона
Приложение2:
На протяжении последних триста лет, начиная от Рене Декарта (1596-1650), было высказано несколько десятков космогонических гипотез, в которых рассмотрены самые разнообразные варианты ранней истории Солнечной системы.
Говоря о далёких объектах Вселенной, астрономы обычно жалуются, что во многих случаях имеется слишком мало данных, чтобы осветить развитие объектов. Здесь же можно сказать, что всё обстоит как раз наоборот - данных слишком много.
В общем, говоря гипотез, было не мало, но на самом деле современная гипотеза говорит о том, что планеты и Солнце образовались из одного и того же газопылевого облака. Предполагается что около пяти миллиардов лет назад в протяжённом газопылевом облаке, пронизанном магнитными линиями, образовались сгущения - протосолнце, которое медленно сжималось. Другая часть облака с массой примерно в десять раз меньше этой, медленно вращалось вокруг него. В результате постепенно сплющивалась и разогревалась. Так вокруг протосолнца образовался протяжённый диск, пронизанный магнитными силовыми линиями. В значительной его части происходило интенсивное конвективно-турбулентное перемешивание вещества. Это благоприятствовало быстрому переносу энергии, освобождающейся при гравитационном сжатии облака, на бесконечность. В результате этого газопылевой диск существенно охлаждался.
По оценкам В. С. Сафронова, превращение системы сгущений пыли в рой твёрдых тел продолжалось всего 10000 лет на расстоянии Земли от Солнца и около 1000000 лет на расстоянии Юпитера. При этом масса планетезималий в области планет земной группы была значительна меньше, чем в области планетегигантов.
Всё это время протосолнце проявляло очень высокую активность. При мощных вспышках оно выбрасывало потоки заражённых частиц, которые, двигаясь вдоль магнитных силовых линий, переносили момент количества движения от Солнца к протопланетному облаку. Кроме того, благодаря столкновениям высокоэнергичных, лёгких частиц (протонов и нейтронов) с веществом протопланетного облака, происходили определённые ядерные реакции. Именно таким путём и образовался большой избыток лёгких химических элементов - лития, бериллия и бора, которых в земной коре и метеоритах значительно больше, чем в атмосфере Солнца.
В результате взаимных столкновений планетезималий происходил рост одних и дробление других. Со временем орбиты крупнейших из них приближались к круговым орбитам, а сами они превращались в зародыши планет, объединяя всё окружающее вещество. Расчёты показывают, что рост Земли до современных размеров продолжался всего 100 млрд. лет.
Выпадение отдельных сгущений на Землю и её сжатие привели к постепенному разогреву её недр. На момент сформирования Земли температура в её центре не превышала 800 К, на поверхности 300 К, а на глубине 300-500 км - около 1500 К. Со временем всё большую роль здесь играли процессы радиоактивного распада, при котором выделялось значительное количество энергии. В результате этого отдельные области земных недр разогрелись до температуры плавления. Наступила продолжительная фаза гравитационной дифференциации вещества: Тяжёлые химические элементы и соединения опускались вниз, лёгкие - поднимались вверх. Этот начальный этап формирования земной коры продолжался около 1 млрд. лет.
На ранней стадии своего развития протоземля была окружена облаком небольших спутников, радиусы которых достигали 100 км. Со временем из них на расстоянии около 10 земных радиусов (60000 км) сформировалась Луна. Одновременно началось её медленное удаление то Земли, которое продолжается и теперь. Оно сопровождается уменьшением скорости вращения Земли вокруг её оси.
И всё же уже сейчас можно вполне уверенно говорить о том, что планеты и Солнце образовались из одного газопылевого облака и что сами планеты сформировались из роя холодных и твердых тел.
Нет на Земле человека, который, вглядываясь в звёздное небо, не чувствовал бы всей его красоты и величия, который не испытывал бы желания познать его тайны.
Сейчас на звёздном небе выделено около 100 созвездий. Они имеют точно указанные на карте неба границы. 235 звёзд, кроме буквенных обозначений, имеют собственные названия, которые в подавляющем большинстве случаев перешли от арабских астрономов.
Наблюдая за годичным перемещением Солнца среди звёзд, древние люди научились заблаговременно определять наступления того или другого времени года. Они разделяли полосу неба вдоль эклиптики на 12 созвездий (Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей и Рыба), в каждом из которых Солнце находится примерно месяц. Как уже отмечалось, эти созвездия были названы зодиакальными (строго говоря, двигаясь от созвездия, Скорпион в созвездие Стрельца Солнце проходит и через 13-е созвездие - Змееносец!).
Вероятно, прошло много столетий, прежде чем древним астрономам удалось установить определённые закономерности в движении планет и, прежде всего, установить промежутки времени, по истечению которых положение планеты на небе по отношению к Солнцу повторяется. Этот промежуток времени позже был назван синодическим (от греческого синодос - сближение) периодом обращение планеты. После этого можно было делать следующий шаг - строить общую модель мира, в которой для каждой из планет было бы отведено определённое место, и пользуясь которой можно было бы заранее предсказать положение планеты на несколько месяцев или лет вперёд.
Долгий и кропотливый путь прошла наука, прежде чем была установлена структура окружающей нас Вселенной. Только в начале 20 века было окончательно доказано, что все видимые на небе звёзды образуют обособленную звёздную систему - Галактику.
Постепенно выяснилось, что звёзды Млечного Пути - светлой серебристой полосы, опоясывающей всё небо, составляют основную часть нашей сильно сплющенной системы - Галактики. Так как полоса Млечного Пути опоясывают небо по большому кругу, то мы находимся вблизи его плоскости, которую называют галактической. Дальше всего Галактика простирается вдоль этой области. В перпендикулярном ей направлении плотность звёзд быстро падает, следовательно, Галактика в этом направлении простирается не так далеко.
Размеры Галактики были намечены по расположению звёзд, которые видны на больших расстояниях. Это цефеиды и горячие сверхгиганты. Диаметр Галактики можно принять примерно равным 30000 пк, или 100000 световых лет, но чёткой границы у неё нет, так как звёздная плотность в Галактике постепенно сходит на нет.
Читайте также: