Специфика космологических объектов

 Специфика космологических  объектов

 Вселенная как целое является предметом  особой астрономической науки –  космологии, имеющей древнюю историю. Истоки ее уходят в античность. Космология долгое время находилась под значительным влиянием религиозного мировоззрения, будучи не столько предметом познания, сколько делом веры.

 Начиная с XIX в. космологические проблемы – не дело веры, а предмет научного познания. Они решаются с помощью научных понятий, представлений, теорий, а также приборов и инструментов, позволяющих понять, какова структура вселенной и как она сформировалась. В XX в. был достигнут существенный прогресс в научном понимании природы и эволюции Вселенной как целого. Конечно, понимание этих проблем пока еще далеко от своего завершения, и, несомненно, будущее приведет к новым великим переворотам в принятых сейчас взглядах на картину мироздания. Тем не менее, важно отметить, что здесь мы имеем дело именно с наукой, с рациональным знанием, а не с верованиями и религиозными убеждениями.

 Современная космология – это сложная, комплексная  и быстроразвивающаяся система  естественно – научных (астрономия, физика, химия и др.) и философских  знаний о Вселенной в целом, основанная как на наблюдательных данных, так  и на теоретических выводах, относящихся  к охваченной астрономическими наблюдениями части вселенной.

 Связь космологии и физики базируется на том, что космологи  в современной Вселенной ищут «следы» тех процессов, которые  происходили в момент рождения Вселенной. А такими «следами» прежде всего, выступают фундаментальные свойства физического мира – три пространственных измерения и одно временное; четыре фундаментальных взаимодействия; преобладание частиц над античастицами.

 Имеет ли смысл рассматривать Вселенную  в целом как единый целостный  динамический объект? Современная космология в основном исходит из предложения, что на этот вопрос следует ответить положительно. Иначе говоря, предполагается, что Вселенная в целом подчиняется  тем же естественным законам, которые  управляют поведением ее отдельных  составных частей. При этом определяющую роль в космологических процессах  играет гравитация.

 Поскольку именно тяготение определяет взаимодействие масс на больших расстояниях, а значит, динамику космической материи в  масштабах Вселенной, то теоретическим  ядром космологии выступает теория тяготения, а современной космологии – релятивистская теория тяготения. Поэтому современную космологию называют релятивистской.

 Первым  релятивистскую космологическую модель попытался построить А. Эйнштейн. Вселенная Эйнштейна пространственно  конечна; она имеет конечные размеры, но не имеет границ! В этой модели пространственный объем Вселенной  с равномерно распределенными в  нем галактиками конечен; но границ у этого пространства нет. Оно  не распространенно бесконечно во все  стороны, а замыкается само на себя. Как и на поверхности сферы, в  нем можно совершать «кругосветные» путешествия: обитатель такой вселенной  мог бы, послав в каком-либо направлении (световой или радио) сигнал, со временем обнаружить, что этот сигнал вернулся к нему с противоположной стороны, обойдя всю Вселенную. Нестационарная релятивистская космология.

 Возникновение релятивистской космологии было величайшим достижением естествознания XX в. Однако сразу после ее создания выяснилось, что многие ее основополагающие представления и понятия оставались в плену у классической физики, ньютоновской картины мира. Ощущалась потребность в радикальном разрыве с устаревшими космологическими представлениями. С критикой предложенной Эйнштейном космологической модели выступил наш отечественный выдающийся математик и физик – теоретик А.А. Фридман.

 Он показал, что Вселенная, заполненная тяготеющим веществом, не может быть стационарной и должна либо расширяться, либо сжиматься. Встретив решения Фридмана с большим  недоверием, Эйнштейн затем убедился в его правоте и согласился с критикой молодого физика. 

 Солнечная система

 Строение  Солнечной системы

 Солнечная система представляет собой большую  семью, состоящую из Солнца, планет и их спутников, комет, астероидов, большого количества пыли, газа и мелких частиц. Если посмотреть на Солнечную систему  как бы издалека, то можно увидеть, как около центральной звезды желтого цвета спектрального  класса G2 обращаются 9 планет. Солнце - это звезда, огромный газовый шар, в центре которого идут ядерные реакции. Основная доля массы Солнечной системы сосредоточена в Солнце - 99,8%. Именно поэтому Солнце удерживает гравитацией все объекты Солнечной системы, размеры которой не менее шестидесяти миллиардов километров. Размеры орбит планет трудно представить на одном рисунке: настолько различны расстояния и размеры. Поэтому обычно сравнивают средние размеры и расстояния от Солнца планет земной группы, а потом - планет-гигантов. Совсем рядом с Солнцем обращаются четыре маленьких планеты, состоящие, в основном, из горных пород и металлов - Меркурий, Венера, Земля и Марс. Эти планеты называются планетами земной группы. Между планетами земной группы и планетами-гигантами расположен пояс астероидов. Чуть дальше расположены четыре больших планеты, состоящие, в основном, из водорода и гелия. У планет-гигантов нет твердой поверхности, зато они имеют исключительно мощную атмосферу. Юпитер - самая большая из них. Далее следуют Сатурн, Уран и Нептун. Все планеты-гиганты имеют большое количество спутников, а также кольца. Изумительное по красоте кольцо имеет Сатурн. Самой последней планетой Солнечной системы является Плутон, который по своим физическим свойствам ближе к спутникам планет-гигантов. За орбитой Плутона открыт так называемый пояс Койпера, второй пояс астероидов. Кометы проводят за орбитой Нептуна большую часть времени, так как в более дальней точке своей траектории их движение более медленное, чем около Солнца. Различие планет по физическим свойствам, вероятно, обусловлено тем, что планеты земной группы формировались из протопланетного облака рядом с Солнцем. Именно поэтому в них много более тяжелых элементов, металлов, например железа. Планеты-гиганты формировались на более далеких расстояниях от Солнца, поэтому, в основном, состоят из легких элементов. Все планеты, астероиды, кометы вращаются вокруг Солнца в одном направлении (против хода часовой стрелки, если смотреть с северного полюса мира). Орбиты планет практически круговые, их плоскости мало наклонены к плоскости орбиты Земли. Только две планеты - Меркурий и Плутон - имеют орбиты с большим наклоном к эклиптике. Орбиты же комет вытянутые, имеют большой эксцентриситет. Большинство объектов Солнечной системы вращаются вокруг своей оси в одном направлении, которое называется прямым. Однако Венера вращается в обратном направлении, а Уран вращается, как говорят, «лежа на боку». Почти все спутники обращаются вокруг планеты в том же направлении, что и планеты вокруг Солнца. Исключение составляют спутники Юпитера, чьи названия заканчиваются на «е» - Карме, Синопе, Ананке, Пасифе, и спутник Нептуна Тритон. По-видимому, все они образовывались не вместе со своими планетами, а были захвачены ими позже. Дни и годы на каждой из планет различны по своей продолжительности. Все планеты вращаются вокруг Солнца с разными скоростями. Самая большая скорость у Меркурия, медленнее всего вокруг Солнца вращается планета Плутон со своим спутником Хароном. Самые длинные сутки на Венере, они продолжаются 243 земных суток. Планеты-гиганты вращаются вокруг своей оси очень быстро. Продолжительность суток на Юпитере всего 9,92 часа.

 Солнце

 Солнце - ближайшая к нам звезда. Расстояние до него по астрономическим меркам невелико: лишь 8 минут идет свет от Солнца до Земли. Это звезда, которая  образовалась после взрывов сверхновых, она богата железом и другими  элементами. Около которой смогла сформироваться такая планетная  система, на третьей планете которой - Земле - возникла жизнь. Пять миллиардов лет - возраст нашего Солнца. Солнце - звезда, вокруг которой обращается наша планета. Среднее расстояние от Земли до Солнца, т.е. большая полуось  орбиты Земли, составляет 149,6 млн. км = 1 а.е. (астрономическая единица). Солнце является центром нашей планетной системы, в которую кроме него входят 9 больших планет, несколько десятков спутников планет, несколько тысяч астероидов (малых планет), кометы, метеорные тела, межпланетные пыль и газ. Солнце - звезда, которая светит достаточно равномерно на протяжении миллионов лет, что доказано современными биологическими исследованиями остатков сине-зеленых водорослей. Если бы температура поверхности Солнца изменилась всего на 10 %, жизнь на Земле, вероятно, была бы уничтожена. Наша звезда ровно и спокойно излучает энергию, столь необходимую для поддержания жизни на Земле. Размеры Солнца очень велики. Так, радиус Солнца в 109 раз, а масса - в 330 000 раз больше радиуса и массы Земли. средняя плотность невелика - всего в 1,4 раза больше плотности воды.Солнце вращается не как твердое тело, скорость вращения точек на поверхности Солнца уменьшается от экватора к полюсам.

 · Масса: 2*10³⁰ кг.;

 · Радиус: 696 000 км.;

 · Плотность: 1,4 г/см³;

 · Температура поверхности: 5780 K;

 · Период вращения относительно звёзд: 25,38 земных суток;

 · Расстояние от Земли (среднее): 149,6 млн.км.;

 · Возраст: около 5 млрд. лет;

 · Спектральный класс: G2 V;

 · Светимость: 3,86*10²⁶ Вт.  

 Планеты.

 Планета Меркурий

 Меркурий - самая близкая к Солнцу планета, и весь свой путь по орбите вокруг Солнца он проходит всего за 88 дней. Меркурий - самая маленькая из всех планет, не считая Плутона. Поверхность этого  небольшого мирка достаточно горяча, чтобы расплавить олово и свинец. Едва ли там есть какая-нибудь атмосфера, а твердый грунт весь покрыт кратерами.

 · Масса: 3,3*10²³ кг. (0,055 массы Земли);

 · Диаметр экватора: 4870 км. (0,38 диаметра экватора Земли);

 · Плотность: 5,43 г/см³

 · Температура поверхности: максимум 480°С, минимум -180°С

 · Период вращения относительно звёзд: 58,65 земных суток

 · Расстояние от Солнца (среднее): 0,387 а.е., то есть 58 млн км

 · Период обращения по орбите (год): 88 земных суток

 · Период обращения вокруг собственной оси (сутки): 176 земных суток

 · Наклон орбиты к эклиптике: 7°

 · Эксцентриситет орбиты: 0,206

 · Средняя скорость движения по орбите:47,9 км/с

 · Ускорение свободного падения:3,72 м/с²

 Строение  планеты Меркурий

 На  основании анализа фотографий Меркурия американские геологи П. Шульц и  Д. Гаулт предложили следующую схему эволюции его поверхности. После завершения процесса аккумуляции и формирования планеты её поверхность была гладкой. Далее наступил процесс интенсивной бомбардировки планеты остатками планетного роя, во время которой образовались бассейны типа Калорис, а так же кратеры типа Коперника на Луне. Следующий период характеризовался интенсивным вулканизмом и выходом потока лавы, заполнявшей крупные бассейны. Этот период завершился около 3 млрд. лет назад. У Меркурия есть слабое магнитное поле, оно составляет 0,7 % земного магнитного поля. Магнитное поле планеты имеет более сложную структуру, чем земное. Кроме дипольного (двухполюсного) в нём присутствуют ещё поля с четырьмя и восемью полюсами. Со стороны Солнца магнитосфера Меркурия сильно сжата под действием солнечного ветра. Высокая плотность и наличие магнитного поля показывает, что у Меркурия должно быть плотное металлическое ядро. Плотность в центре Меркурия должна достигать 9,8 г/см3, радиус ядра составляет 1800 км (75 % радиуса планеты). На долю ядра приходится 80 % массы Меркурия. Несмотря на медленное вращение планеты, её магнитное поле возбуждается тем же динамо-механизмом, что и магнитное поле Земли. Этот механизм сводится к образованию кольцевых электрических токов в ядре планеты при её вращении, которые и генерируют магнитное поле. Над массивным ядром располагается силикатная оболочка толщиной 600 км. Плотность поверхностных пород порядка 3,3 г/см3. Данные об атмосфере Меркурия указывает лишь на её сильную разрежённость. Давление у поверхности планеты в 500 миллиардов раз меньше, чем у поверхности Земли .Меркурий расположен очень близко к Солнцу и захватывает солнечный ветер своим тяготением. Атом гелия, захваченный Меркурием, находится в атмосфере в среднем 200 дней. Кроме гелия на Меркурии зарегистрировано наличие водорода.. Кроме того, раскаленные, как печь, твердые породы выделяют различные атомы, в том числе атомы щелочных металлов, которые регистрируются в спектре атмосферы. Подозревается присутствие углекислоты и угарного газа.

 Поверхность планеты Меркурий

 Поверхность Меркурия оказалась усеяна сеткой из кратеров разных размеров. Их распределение  по размерам было аналогично лунному. Большая часть кратеров образовалась в результате падения метеоритов. На поверхности планеты были обнаружены гладкие округлые равнины, получившие по сходству с лунными «морями» название бассейнов. Появление долин объясняется интенсивной вулканической деятельностью, которая совпала по времени с формированием поверхности планеты. На Меркурии есть горы, высота наиболее высоких достигает 2-4 км. В ряде районов планеты на поверхности видны долины, бескратерные равнины. На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа - эскарп. Это выступ высотой 2-3 км, разделяющий два района поверхности. Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты. В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед. Внутренние области находящихся там кратеров Солнце никогда не освещает, и температура там может держаться около -210°С. Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11. Максимальная температура поверхности Меркурия, +410°С. Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью орбиты, на дневной стороне достигают 100°С. средняя температура ночного полушария рана -162°С (111 К). С другой стороны, температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца равна +347°С. Поверхность этого небольшого мира достаточно горяча, чтобы расплавить свинец или олово.

 Планета Венера

 Вторая  от Солнца большая планета Солнечной  системы. Одна из планет земной группы, по своей природе подобная Земле, но меньше по размеру. Как и Земля, она окружена достаточно плотной  атмосферой. Венера подходит к Земле  ближе любой другой планеты и  представляет собой самый яркий  небесный объект (если не считать Солнца и Луны). Свет Венеры столь ярок, что  если на небе нет ни Солнца, ни Луны, он заставляет предметы отбрасывать  тени. Расположенная ближе к Солнцу, чем наша планета, Венера получает от него в два с лишним раза больше света и тепла, чем Земля. Тем  не менее с теневой стороны  на Венере господствует мороз более 20 градусов ниже нуля, так как сюда не попадают солнечные лучи в течении очень долгого времени. Поверхность Венеры постоянно закрыта плотными слоями облаков, из-за которых в видимом свете поверхностных деталей почти не видно,

 · Масса: 4,87*10²⁴ кг. (0,815 массы Земли);

 · Диаметр экватора: 12102 км. (0,949 диаметра экватора Земли);