Вселенная, галактики

Вид материала

Книга

Содержание Космические расстояния и Шаровые Скопления Эволюция Мира 5 --- фотокаталитические комплексы Химическая эволюция 6 7. Связь эволюции человека и эволюции вселенной.

Подобный материал:

• Вечна ли Вселенная?*, 608.02kb.
• Построение вселенной, 507.55kb.
• Приказ № от 2011 г. Рабочая программа учебного курса «Твоя Вселенная» для 5 класса, 169.25kb.
• Провести интеллектуальный конкурс «Мы дети галактики» в срок с 17 октября по 30 ноября, 56.37kb.
• Острова в океане темной энергии игорь Караченцев и Артур Чернин, 154.11kb.
• Ю. В. Александров вселенная и человек, 542.86kb.
• Возвращение мастера, 1745.8kb.
• Происхождение жизни на Земле, как устроена Вселенная, и что ждёт «человека разумного», 449.86kb.
• Расширяющаяся вселенная, 35.4kb.
• Романтика космоса, 1113.61kb.

Книга 2

Глава 2


ВСЕЛЕННАЯ, ГАЛАКТИКИ.

1. 1 Введение.
   

В последнее время, появились некоторые новые рассуждения по вопросу законов формирования или формообразования Вселенной.

Так некоторые посылки говорят о том, что красное смещение нельзя объяснить исключительно исходя из метафизической теории Большого Взрыва как расширения Вселенной из одной точки, так как были обнаружены звезды, возраст которых намного превышает время, прошедшее после первичного взрыва. Тогда возникает логическое противоречие – Звезды уже существовали до Большого взрыва. Кроме того, взрыв из точки – это нарушение причинно-следственных связей. Вселенная однородна и изотропна, то есть, нет признаков Большого Взрыва (конечно, кроме расширения). Таким образом. Если взрыва не было, то красное смещение можно объяснить только затуханием электромагнитных волн. То есть электромагнитные волны, распространяясь в полевом пространстве, затухают (краснеют), передавая (возвращая) энергию колебаний полю, тем самым, увеличивая температуру полевой среды. Получается, что электромагнитные волны могут поглощаться не только полем, находящемся в возбужденном состоянии (частицами вещества), но и полем, находящемся в вакуумном состоянии, постепенно затухая в нем. Таким образом, полевое пространство не является абсолютно идеальным для распространения электромагнитных волн. Приведенные рассуждения являются ярким примером того, как интересная и полезная идея (имеется в виду затухание электромагнитных волн в космическом пространстве) становится абсурдной из-за внесения в логику построения теории явных «неточностей».

Во-первых, следует, вероятно, говорить не о точке Большого Взрыва, а о совокупности сингулярных областей, распределенных, к тому же, во времени.

Во-вторых, говорить о причинно-следственных связях можно лишь в том случае, когда они правильно поняты и сформулированы.

В-третьих, красное смещение не имеет никакого отношения к взрыву в сингулярной точке.

В-четвертых, затухание не есть смещение спектра. Уменьшение энергии, соответствующее затуханию любого процесса, соответствует уменьшению амплитуд, а не преобразование спектра в область снижения частоты.

И так далее, и так далее. Короткая посылка, ошибок не меряно. Можно также предположить, что в центре любой галактики, где вероятно имеется огромное скопление «массы вещества», из вакуумных флуктуаций рождаются не только фотоны и нейтрино, но и другие элементарные частицы, которые в магнитном поле галактики из-за нарушения закона сохранения четности разделяются на две струи (спиральных рукава). Интересно, что выброс частиц на Солнце также происходит по линиям магнитной индукции. Кроме того, наблюдаемое синхротронное излучение подтверждает существование сильного межгалактического магнитного поля. Магнитное поле, поворачиваясь, образует рукава в виде спиралей. Сильное магнитное поле в центре галактики наблюдают в виде пересеченных спиралей. При этом спиральные ветви начинаются не в центре ядра галактики, а в конце некоторой перемычки.

Звезды в спиральных галактиках вращаются, как правило, в плоскости вокруг центра в направлении, противоположном закручиванию самой галактики. Симметричное расположение спиральных рукавов указывает на то, что вещество исходит из центра в сторону периферии.

Вообще, изучение строения Вселенной, как, впрочем, и любая серьезная проблема, сопровождается нескончаемым множеством проблем и несоответствий, поскольку разрешить все вопросы в окончательном варианте можно лишь при условии прекращения эволюционного процесса. Лишь статические модели могут иметь завершенную форму, но они, как правило, далеки от истинного состояния вещей. Безусловно, любая модель процесса всегда дает лишь условное приближение к исследуемому явлению. Особенно это характерно для тех случаев, когда не возможна постановка активного эксперимента, который позволил бы проверить теоретические построения. В полной мере это относится к изучению строения и эволюции Вселенной. Возможно, всегда в этом варианте фундаментальных исследований придется довольствоваться только наблюдательным экспериментом.


2. Космические расстояния и Шаровые Скопления.


Во Вселенной, в нашей Галактике имеется масса скоплений звезд, светимость которых в тысячи раз превышает светимость нашего Солнца. В тоже время, наблюдаются шаровые газовые скопления, обладающие собственной частотой колебаний светимости, их иногда называют Пульсары. Интересно, что чем более разреженным является такое «газовое облако», тем большими колебаниями он обладает. По существу, имеется связь между геометрическими размерами, массой и плотностью и периодом его световой пульсации. Такие переменные звезды хороши тем, что их светимость существенно отличается от всех других космических объектов и очень стабильна. Поэтому в процессе исследований (наблюдений) строения Вселенной они могут служить эталоном (репером). Эти образования являются, как бы, маяками, по которым можно тарировать светимость других космических тел. Такие эталоны называют Цефидами. Они пульсируют с высокой стабильностью, превышающей стабильность кварцевых генераторов: На протяжении сотен тысяч лет период их пульсаций остается стабильным.

Измерения, проводимые через сопоставления из светимости с другими галактическими объектами, позволяют с высокой точностью определять космические расстояния. В Галактиках очень много таких Цефидов-Пульсаров. По-видимому, их число в нашей Галактике составляет десятки тысяч. Интересно, что Цефиды встречаются в большом количестве и в межгалактических туманностях. В Галактике Туманность Андромеды газовых пульсаров уже обнаружено около сотни тысяч. Эти образования не имеют ничего общего с системами Двойных Звезд, которые также иногда называют Пульсарами (полное их название: Пульсары-Квазары). В Двойных Звездах, в основном, интересует не световые пульсации, а пульсации гравитационного поля, которое фиксируется благодаря их вращению вокруг общего центра, что позволяет наблюдать и фиксировать периодическое изменение гравитационного излучения.

Подобные газовые скопления имеются и в самых отдаленных Галактиках. Поскольку мы знаем светимость подобных образований, то по их световому излучению можно оценивать расстояния до любой Галактики. В этом наблюдательном эксперименте и заключается последовательное построение шкалы космических расстояний. Таким образом, выстраивается сфера познания, сфера представления, сфера представления о космических объектах, вплоть до оценки размеров нашей Вселенной. Однако, на каждой ступени оценки расстояний неизбежны некоторые неточности или измерительные погрешности, которые последовательно накапливаются. Поэтому действительные масштабы Вселенной измеряются, естественно, не совсем точно, хотя общее представление о ее размерах мы, все таки, можем получить именно таким образом.

Почему так важно решить задачу получения шкалы измерений космических расстояний? На самом деле, существует в настоящее время два подхода к заданию шкалы измерений: короткая и длинная. Оценки по ним отличаются на относительную величину порядка 20%. Тогда получается, что мы имеем лишь качественное значение оцениваемой величины? Но сейчас наблюдательные факты говорят о том, что необходимо выбирать короткую шкалу расстояний.

Мы невольно приходим к противоречиям, которые возникают в вопросах построения теорий по космологии и звездной эволюции. Кажется, почему надо говорить о космологии и звездной эволюции вообще, когда речь идет всего лишь об измерении расстояний? Дело в том, что одним из фундаментальных параметров космологии является расстояние Хаббла, которое характеризует скорость расширения Вселенной (если вообще верна гипотеза расширяющейся Вселенной, ведь основные посылки такой теории весьма спорны). И если мы берем короткую шкалу расстояний, то const Хаббла будет иметь большое значение, а выраженный через нее возраст Вселенной составит 10-12 млрд. лет. Но тогда, для возраста эволюции звезд, согласно короткой шкале расстояний, вычисленный по теории эволюции окажется больше возраста Вселенной, поскольку по этой шкале светимость звезд много слабее. Если конечно Звезды есть источник формирования Вселенной.

На сегодня, существует следующая модель Мира: Вселенная как вместилище, в ней возникают разного типа образования. Эти образования представляют собой такую естественную последовательность формирования: материя, газовые скопления, звезды, галактики, межзвездный галактический газ, и т.д. Но, вероятно, можно обосновать и иную последовательность эволюционных событий, которая не противоречит теории эволюции, а лишь означает другой философский (логический) подход (это к извечному вопросу о первичности курицы и яйца, не более того). Запишем ее последовательность. Энергия – Материя – Космологические образования – формирование Вселенной – разлетание Вселенной. Если конечно последнее существует. Подобный вариант подтверждается расчетами, полученными с помощью модели короткой шкалы, о которой говорилось ранее.

В современных теоретических построениях фундаментальных постулатов все большее значение приобретает математическое моделирование, к результатам которого необходимо относится очень осторожно, поскольку в исследованиях часто теряется физическая, реальная сущность исследуемого процесса.

Большинство астрономов и астрофизиков долгое время придерживались теории длинной шкалы (см. Интернет по ключевым словам). Однако, наблюдательные факты выявили ряд противоречий, с которыми приходится считаться. Возможность некоторого объяснения пришла в 1998 году, когда стали известны некоторые свойства космического вакуума. Существует (небесспорная) теория, которая говорит о том, что наша Вселенная расширяется с ускорением. Следовательно, постоянная Хаббла в наше время должно быть больше, чем была в момент образования Вселенной. Тогда среднее значение постоянной Хаббла будет меньше той, которую учитывают в расчетах, поскольку мы наблюдаем видимые тела в космосе не в их теперешнем состоянии, а в состоянии далекой пред истории. Наблюдатель имеет возможность фиксировать изображение, которое шло до нас многие миллионы лет. Это означает, что возраст нашей Вселенной реально оказывается значительно больше.

Тогда противоречия между разными результатами (меньшим возрастом Вселенной и большим возрастом шаровых газовых скоплений) снимаются, и спор разрешается. Возможно, вообще шаровые скопления самые древние (ранние) образования во Вселенной, что не противоречит приведенным ранее в этой работе результатам (раздел Энергетическая Вселенная).

Газовые шаровые скопления – это очень интересный объект. Результаты наблюдений за космическим пространством, на первый взгляд, говорят о том, что звезды разбросаны хаотично. На самом деле «звезды не любят одиночества», они живут скоплениями и сформированы в системы (не только созвездия). Хороший телескоп может различать до 500 звезд в таком скоплении. Изучая с его помощью звездное небо, обнаружили, что половина всех звезд оказываются двойными. Такие парные звезды представляют очень стабильные системы, которые могут устойчиво существовать бесконечно долго. Законы механики позволяют им надежно вращаться вокруг общего центра масс.

Кроме двойных звезд есть тройные, четырех кратные и более системы звезд. Правда частота встречаемости таких систем тем меньше, чем больше кратность звезд в системе (имеется обратная пропорциональность от количества звезд в системе). Так, если в системе три звезды, то каждая из них, являясь третьей, служит возмущающим фактором для движения двух других. Это ведет к постепенному распаду системы, и назвать ее абсолютно устойчивой уже нельзя. Распад происходит за счет удаления одного из космических тел. Четырех кратные системы распадаются еще быстрее за счет сложного взаимного гравитационного влияния. Таким образом ожидать устойчивого существования сложных систем, как будто нет причин. Однако, если перейти к системам в 100, 200 или 1000 звезд. То в них ситуация в смысле гравитационного взаимодействия меняется кардинальным образом. Звезда уже не чувствует так резко влияния какого-либо одного соседнего космического тела, а подвергается результирующему, эквивалентному воздействию через общее гравитационное поле. Такие системы носят более устойчивый характер и часто встречаются в Галактиках.

Чрезвычайно интересны редко встречающиеся в Галактиках скопления из миллионов звезд, которые называют Шаровыми Звездными Скоплениями. Их так называют за почти идеальную внешнюю шаровую форму с высоко концентрацией звезд в центре. Существует, например, скопление «Омега Центавра», содержащее несколько миллионов звезд, но такие скопления очень редки. Чаще встречаются системы из нескольких тысяч звезд.

Максимально возможно, при очень хороших атмосферных условиях, ближе к экватору, невооруженный человеческий глаз различает около 2 – 3 тысяч звезд. Если бы наблюдатель находился в центре шарового скопления, то на небосводе были бы видны миллионы звезд, а динамика картины определяется скоростью вращения планеты наблюдателя. Некоторые светила, которые носят название Красных Гигантов, выглядели бы там немного бледнее нашей Луны. И таких светил было возможно около сотни. Эта картина могла бы быть дополнена освещением собственного солнца.

Наше Солнце, почти наверняка, является одиночной звездой. Крупного светила с ним в паре нет. Но, тем не менее, не исключено, что у Солнца есть звездообразный спутник, намеки на существование которого приходят к нам из геологии. Геологи знают, что на Земле повторяются периоды вымирания всего живого через каждые 30-35 млн. лет. По одной из гипотез это связано с периодами обращения небольшой звезды-спутника вокруг солнечной системы. Если такая звезда есть, а ей уже дали название «Немезида», и ее масса на порядок меньше Солнца, то она видна как очень слабый источник света. На небосводе она может соответствовать Красному Карлику самого низшего класса и может быть плохо различима на фоне других звезд.

Вернемся к вопросу о рассеянных и шаровых скоплений. Их название отражает соответствующий внешний вид и форму. Первый вид имеет малую концентрацию вещества и содержат всего до нескольких тысяч звезд. Второй вид соответствует шаровым образованьям звезд. Это плотные, хорошо упакованные скопления, которые содержат от сотен тысяч звезд до многих миллионов. Принципиальная разница между ними в том, что они по-разному наполняют нашу Галактику. Рассеянные скопления живут в галактическом диске, где сегодня на наших глазах формируются звезды из газовых уплотнений. Можно проследить, как рождаются эти космические объекты, как они живут, что происходит с ними в конце эволюции. Нет сомнений, что рассеянные скопления рождаются в недрах «темных облаков». Межзвездная материя имеет в среднем сильно разреженную структуру, сконцентрированную в некоторых областях в плотные облака. Там холодно, туда не проникает звездный свет. Температура внутри близка к абсолютному нулю. В этих условиях газ, лишенный давления, сжимается гравитацией и превращается в отдельные звезды или звездные коллективы. Родившись в недрах массивного облака, скопление звезд начинает разрушать породившее их облако.

Звезды загораются после концентрации вещества, полученной за счет гравитационного воздействия, в них вспыхивает термоядерная реакция (если вообще именно такая реакция идет), и она разогревает окружающий газ. Газ, давление которого повышается, начинает сначала распирать, а затем разрывает родительское облако в разные стороны. Это звездное скопление оказывается новорожденным, лишенным окружающего вещества. Наблюдать рождение звезд и звездных скоплений в недрах облака не возможно, так как облако не прозрачно, представляет собой абсолютно темный пылевой мешок. Следовательно, заглянуть в него с помощью обычного телескопа нельзя. Недавно был создан «красный телескоп», работающий в области низких частот. Это позволяет рассмотреть процесс формирования звезд. Раньше астрономы считали, что звезды какой-то непонятной физической силой выбрасываются из недр газового облака. Оказалось, что процесс связан с обычными газодинамическими явлениями, которые описываются уравнениями связи состояния газа, где

p - давление, t - температура, и v - объем.

Звезды разогревают газ, он разлетается, и вместе с ним уходит основная доля массы, которая своей гравитацией связывала звезды друг с другом. Лишенные этого притяжения звезды, обладающие немалыми скоростями, как пушечные ядра разлетаются от места своего рождения. Через несколько миллионов лет, что по космическим масштабам весьма короткое время, звезды образуют расширяющуюся систему, создавая звездные ассоциации. При таком взгляде на процесс звездообразования можно понять причины разбегания ассоциации молодых звезд, понять источник энергии их разбрасывания.

Безусловно, остается вопрос, является ли описанный выше процесс единственным способом формирования молодых звезд. Вероятнее всего, это основной процесс, но могут быть варианты рождения одиночной звезды, не входящей в ассоциацию, но, по данным астрофизиков, такие образования составляют всего 1-2% от всех светил. Те звезды, которые не обладают высокой энергией, остаются жить в виде концентрированного, но в некотором смысле рассеянного скопления. На снимке таких ассоциаций видны группы из нескольких скоплений – это ядра, которые не смогли расшириться.

Жизнь таких скоплений не долгая. В диске Галактики действует множество причин, которые стремятся разрушить звездные скопления. Аналогично испарению молекул воды из стакана, взаимодействуют звезды в космическом пространстве. Своими гравитационными полями звезды возмущают движение соседей, и время от времени заставляют их разгоняться до таких скоростей, что звездам хватает энергии покинуть скопление и больше в него не возвращаться. «Можно назвать этот процесс испарением звездных скоплений». Тогда звездные скопления могут становиться все меньше, и, в конце концов, в них может остаться всего одна двойная система, или иерархическая система с двумя – тремя компонентами.

Причиной, которая также подогревает систему звезд, может быть пролетающее мимо облако или массивное тело, которые срабатывают как приливные волны. Это заставляет изменяться траектории элементов скопления, придает ускорение движению звезд, и, следовательно, увеличивает вероятность их отрыва. Измерения показали, что рассеянные скопления живут не более 100 млн. лет. Время жизни определяется массивностью системы. При этом, молодые скопления уходят в диск Галактики, а старые просто гибнут.

Что касается рассеянных скоплений, то они распадаются, а звезды, которые из них уходят, движутся относительно центра скоплений с очень малыми скоростями. Если скопление движется по орбите, то период такого орбитального движения очень большой. Процесс очень похож на движение и постепенный распад комет. Комета пролетает через различные гравитационные поля звезд и планет, постепенно теряя свою массу. В окрестности Солнца имеются следы некоторых скоплений, которые либо распались, либо ушли уже далеко (в пределах нескольких сотен Парсек). Можно ли, зная траекторию Солнца, найти какое-нибудь скопление, являющееся родиной нашего Солнца? Есть предположение, что наше Солнце тоже было в составе некоторого скопления.

Живя в составе скопления, звезды испытывают интенсивное взаимодействие друг друга. Они могут сближаться на небольшие расстояния, и, если у звезды есть планетная система, то эти планетные системы, как правило, разрушаются «при встрече» звезд в космосе. Наша планетная система имеет огромные размеры. За планетой Плутон имеется внешний пояс астероидов, а за ним существует облако Уорта, населенное кометами. Сохранить такую систему Солнце могло только в том случае, если наша звезда «никогда?» не входила в звездную ассоциацию. Вполне возможно, что наше Солнце является особой, редко рожденной звездой, появившейся за пределами звездного скопления. Возможно, искать сигналы от цивилизаций, якобы существующих на планетах, светила которых входят в звездное скопление, бессмысленно. У тех звезд по определению не может быть планетных систем, они молодые и жизнь там не могла еще сформироваться. Такова одна из возможных гипотез.

Однако, есть и другие предположения, высказываемые учеными. Если бы наша Солнечная система была бы лишена облака Уорта, была лишена далеких планет (Юпитера, Сатурна, Нептуна и Плутона), а состояла лишь из Солнца и «внутренних» планет (Урана, Венеры, Земли и Марса), то биосфера и жизнь, и разум на Земле развивались бы так же, как это произошло сейчас. Но тогда бы Солнечная система имела более устойчивый характер. Во Вселенной существуют и старые рассеянные звездные скопления, насчитывающие порядка 10 млрд. лет. Они старше нашего Солнца, и в них на маленьких солнечных системах могла сформироваться жизнь.

Условия существования органической жизни требуют очень большого числа природных факторов для ее зарождения, в том числе лишь небольшой температурный коридор соответствует этим условиям (от орбиты Венеры до орбиты Марса). Поэтому не следует искать обширные солнечные системы, лучше обращать внимание на компактные системы. В этом смысле шаровые звездные скопления, где миллионы звезд упакованы в компактный объем, а солнечные системы имеют огромные размеры, вероятно, не лучшее прибежище для зарождения жизни. Более того, если говорить о связях с внеземными цивилизациями, то именно шаровые скопления представляют собой повышенный интерес.


Конечно, нет шансов принять послание точно направленное в сторону Земли, ибо даже у направленного сигнала в космическом пространстве будет сильное рассеяние. Кто мы такие, чтобы на фоне многих миллиардов звезд во Вселенной где-то выбор пал на нашу цивилизацию? Единственный шанс для нас получить сигналы от иного разума, это случайно их подслушать. Откуда же можно ожидать такой подслушанный сигнал? Оттуда, где идут интенсивные переговоры между звездными системами. Именно шаровые скопления являются прекрасным местом для межзвездной связи. Если расстояние от нашего Солнца до ближайшего к нам созвездия Альфа Центавра порядка десятков световых лет, то межзвездное расстояние внутри шарового скопления могут составлять световые недели. То есть такие цивилизации, если они существуют, могут переговариваться друг с другом с периодичностью поступления посланий, равной всего земной неделе. Именно так, вероятно, можно бы было наладить активные переговоры путем модуляции электромагнитным полем сигналов от звезд.

Идея заключается именно в том, что внутри шаровых скоплений, где находятся миллионы звезд, должны найтись планетные системы, населенные цивилизациями. Именно в направлении шаровых скоплений необходимо направлять прослушивающие антенны. Иногда говорят о том, что совершенно не ясно с помощью каких устройств могут общаться иные цивилизации, но ведь это совершенно не важно, поскольку нам известны излучения в полном спектральном диапазоне. Все они в основе своей носят электромагнитную природу, ибо гравитационные волна создаются на устройствами, а гравитационными массами.

Необходимо подробно изучать свойства шаровых скоплений на фоне других космических масс. Диск Галактики населен сотнями шаровых скоплений, которые на наших глазах рождаются и на наших глазах умирают. На фоне этих скоплений астрономы обнаружили около 150 очень старых шаровых образований, населяющих не только диск Галактики, но и весь ее объем, который намного больше, чем ее газопылевой диск, и по многим своим свойствам отличный от современных скоплений. Даже на первый взгляд, шаровые скопления такие же «старые», как Галактика в целом. Есть косвенные указания на то, что эти образования могут быть более старые, возможно они родились до ее формирования.

В составе Галактики Млечный Путь есть звездные системы, которые должны «помнить», как она рождалась или как рождались соседние Галактики. Эту информацию пытаются извлечь из памяти, которая осталась в шаровых скоплениях.

Сама по себе эволюция шаровых скоплений замечательная астрономическая проблема. Дело в том, что со временем скопления становятся все более и более центрально сконцентрированными. В процессе обмена своими энергиями одни звезды получают больше энергии и уходят на периферию образования, другие звезды тормозятся и падают к ее центру. Постепенно такие скопления формируют плотное ядро. Впервые наш петербургский астроном В. Антонов показал теоретически, что, в конце концов, ядро должно приобрести плотность, стремящуюся к бесконечности (возможно, именно таков механизм образования Черных Дыр). Этот результат, полученный чисто математическим путем, нельзя, конечно, воспринимать абсолютно, поскольку, модель рассматривала космические тела, как материальные точки, а это – высокая степень идеализации. Хотя, с другой стороны, космические межзвездные расстояния превышают на много порядков геометрические размеры звезд.

Подробнее с данным вопросом можно ознакомиться в Интернете, произведя поиск по ключевым словам.