Специфика космологических объектов

 Температура атмосферы Нептуна составляет около 60 К. Нептун имеет собственный внутренний источник тепла - он излучает в 2,7 раза больше энергии, нежели получает от Солнца. Строение и набор составляющих Нептун элементов почти такие же, как на Уране. В отличие от Юпитера с Сатурном Уран и Нептун, возможно, не имеет четкого внутреннего расслоения. Но у Нептуна есть небольшое твердое ядро, равное по массе Земле. Магнитный полюс планеты отстоит на 47° от географического. Магнитное поле Нептуна возбуждается в жидкой проводящей среде, в слое, находящемся на расстоянии 13 тысяч км от центра планеты. А под жидким слоем находится твердое ядро Нептуна. Магнитосфера Нептуна сильно вытянута.

 Спутники  и кольца Нептуна

 Вокруг  Нептуна обнаружены кольца в виде арок. Спутник Тритон по размерам превосходит  Луну. Обращение вокруг Нептуна обратное, Тритон был захвачен Нептуном из пояса  Койпера. В Тритоне сосредоточена почти вся масса спутниковой системы Нептуна. Отличается большой плотностью: 2 г/см3. На Тритоне обнаружены скалы, кратеры, темные полосы вулканического происхождения. Поверхность спутника светлая и отражает около 80 % падающих солнечных лучей. Тритон имеет разреженную азотную атмосферу Температура на Тритоне -235°C.

 Плутон

 Идея  о существовании в Солнечной  системе девятой планеты появилась  в результате обнаружения отклонений в орбитальном движении Урана  и Нептуна, которые могли быть объяснены воздействием более удаленной  массивной планеты. Вскоре после  открытия Плутона стало ясно, что его масса слишком мала, чтобы оказать заметное влияние на движение Нептуна или Урана. Возникло предположение, что за неправильности в их движениях несет ответственность более массивная, ещё не обнаруженная «планета Х». Были предприняты её поиски, оказавшиеся безуспешными. Позже оказалось, что погрешности исчезают, если использовать в расчетах уточненное значение массы Нептуна.

 24 августа 2006 - Плутон  лишили статуса  планеты

 Международный астрономический союз (МАС) официально лишил Плутон статуса планеты.

 · Масса: 1,29*10²² кг. (0,0022 массы Земли);

 · Диаметр экватора: 2324 км. (0,18 диаметра экватора Земли);

 · Плотность: 2 г/см³

 · Температура поверхности: -233°С

 · Период вращения относительно звёзд(обратное вращение): 6,39 земных суток

 · Расстояние от Солнца (среднее): 39,53 а.е., то есть 2,871 млрд км

 · Период обращения по орбите (год): 248,54 земных лет

 · Наклон орбиты к эклиптике: 17,14°

 · Эксцентриситет орбиты: 0,25

 · Средняя скорость движения по орбите:4,74 км/с

 · Ускорение свободного падения:0,06 м/с²

 Орбита  планеты обладает необычной вытянутостью. Плутон то проходит всего в 4400000000 км от светила, то удаляется от него на 7400000000 км. В течение двухсот двадцати восьми земных лет, из тех каждых двухсот  сорока восьми, Плутон является наиболее удаленной от Солнца планетой. Плутон отражает свет так, как будто он покрыт замороженным болотным газом. А если есть метановый иней, то тело планеты  холодное, и в случае, если Плутон весь состоит из метана, плотность  его должна быть меньше единицы. Плутон представляет собой как бы неполноценную  планету, во многом очень напоминающую спутник. На полный оборот вокруг собственной  оси у него уходит 6 суток 9 часов 17 минут, а это слишком много  для столь небольшого тела. Еще одно свидетельство: все четыре планеты, лежащие непосредственно за Марсом и за поясом астероидов, - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - обладают гигантскими размерами, огромной массой, общим газо-жидким строением решительно отличаются от внутренних - Меркурия, Венеры, Земли и Марса. А Плутон, хотя и расположен во внешней части Солнечной системы, всеми этими параметрами, как кажется, схож с меньшими и твердотельными околосолнечными планетами, а не со своими соседями.

 Спутники  Плутона

 В настоящее  время у Плутона известно три  спутника -- Харон и два небольших спутника. Диаметр Харона составляет около 1200 км, что в два раза меньше диаметра Плутона. Плутон и Харон вращаются синхронно, то есть всегда повернуты друг к другу одной стороной. Поскольку альбедо двух внешних спутников, получившие названия Гидра и Никс, неизвестно, то сложно определить их размеры. Если считать альбедо спутников равным показателю Харона, то их диаметры оцениваются 125 км и 140 км (но возможна ошибка в два раза). Радиус орбиты меньшего спутника -- 49 тыс. км, то есть он находится в 2,5 раза дальше от Плутона, чем Харон. Другой спутник движется по орбите радиусом 65 тыс. км. Периоды обращения составляют около 11 и 14 суток соответственно (все данные приблизительные). Если у Плутона и есть еще другие спутники, то их размеры не превышают 20 км. Харон и два других спутника находятся в орбитальном резонансе; за то время, когда Харон совершает один оборот, второй спутник -- в точности два, а третий -- три. Харон -- самый большой по отношению к своей планете спутник в Солнечной системе. Его радиус всего вдвое, а масса -- вшестеро меньше массы Плутона. Часто Плутон и Харон рассматривают как двойную планету. Один оборот Харона занимает 6,39 суток, т. е. совпадает с периодом вращения Плутона. Эти объекты существенно отличаются по составу, Харон заметно темнее Плутона. В то время как Плутон покрыт азотным льдом, Харон покрыт водяным льдом, и его поверхность имеет более нейтральный цвет. Система Плутон -- Харон образовалась в результате столкновения независимо сформировавшихся Плутона и Харона; современный Харон образовался из осколков, выброшенных на орбиту вокруг Плутона; при этом также могли образоваться некоторые объекты пояса Койпера.  

 Звезды.

 Звезды  находятся в плазменном состоянии. Они разогреты до миллионов градусов. Внутри звезд происходит термоядерная реакция. Зыезды-это фабрики элементов. В звездах действует гравитация и термоядерная реакции. Пока эти процессы уравновешены-звезда живет. Звезды содержат 99% всей вселенной, их количество - 10в 22 степени. Температура звезд достигает миллиарда градусов. Яркость некоторых звезд достигает миллиона солнц. Плотность некоторых звезд достигает 100 млн. тонн на см3. Ближайшая после солнца звезд-Альфа-центавра, до нее 3 световых года.

 Звезды  образуются из космического вещества в результате его конденсации  под действием гравитационных, магнитных  и других сил. Под влиянием сил  всемирного тяготения из газового облака образуется плотный шар - протозвезда. Преобразование протозвезды в звезду растягивается на миллионы лет, что  сравнительно немного по космическим  меркам. Молодые звезды (около 100 тыс. лет) существуют за счет энергии гравитационного  сжатия, которая разогревает центральную  область звезды до температуры порядка 10-15 млн С и "запускает" термоядерную реакцию преобразования водорода в гелий. Именно термоядерная энергия является источником собственного свечения звезд. В результате преобразования водорода в гелий в центральной зоне образуется гелиевое ядро.

 Кроме этого  в процессе ядерных реакций возникают  и другие химические элементы. На той  стадии, когда ядерные реакции  уже не могут поддерживать устойчивость звезды, ее гелиевое ядро начинает сжиматься. При этом внутренняя температура  звезды увеличивается, а периферийная зона, или внешняя оболочка, сначала  расширяется, а затем выбрасывается  в космическое пространство. Звезда превращается в красный гигант. В  процессе дальнейшего охлаждения, если звезда имела небольшую массу, она  ревращается в белого карлика - стационарный космический объект с очень высокой плотностью.

 Белые карлики  представляют собой заключительный этап эволюции большинства звезд, в  которых весь водород "выгорает", а ядерные реакции прекращаются. Свечение белого карлика происходит за счет его остывания. Тепловая энергия  белого карлика продолжает иссякать, вследствие чего звезда меняет свой цвет сначала на желтый, а затем на красный. Постепенно она превращается в небольшое холодное темное тело, становится черным карликом. Если какие-то причины останавливают гравитационное сжатие, то происходит взрыв старой звезды, который сопровождается выбросом огромного количества вещества и энергии. Такой взрыв называют вспышкой сверхновой. Часть массы взорвавшейся сверхновой может продолжить существование в виде черной дыры.

 Черная  дыра - область пространства, в которой  сосредоточены огромные массы вещества, вызывающие сильное поле тяготения. Часть массы взорвавшейся сверхновой звезды может продолжить существование  в виде нейтронной звезды, или пульсара. 

 Галактики

 В XVIII в. В. Гершель, известный английский астроном и оптик, открывший планету Уран, исследовавший двойные звезды и  структуру Млечного Пути, построивший  несколько крупнейших для своего времени телескопов, открыл несколько  тысяч туманных пятен (которые получили название туманности). В. Гершель заносил  открытые им туманности в каталоги. В процессе исследования и наблюдения за этими туманностями было установлено, что многие из них имеют спиральную структуру.

 В науке  астрономии все галактики делят  на три большие группы. В основе данной классификации лежит внешний  вид галактик. 

 Три группы (класса) галактик: 

 1) спиральные  галактики; 

 2) неправильные  галактики; 

 3) эллиптические  галактики. 

 Рассмотрим  эти виды галактик.

 Спиралевидные галактики. Их ветви состоят из горячих  звезд, сверхгигантов; они излучают радиоволны. Примерно десять процентов  от массы всей такой галактики  составляет масса нейтрального водорода. Главное отличие спиральных галактик заключается в том, что они  вращаются с бешеной скоростью.

 Неправильные  галактики. Что же их отличает? Для  начала окунемся в историю. В XVI в. Фердинанд Магеллан совершал свои знаменитые кругосветные путешествия, которые помогли «уничтожить» множество «белых пятен» на географической карте нашей планеты. Путешественники в южном полушарии неба заметили и в течение продолжительного отрезка времени наблюдали за двумя небольшими звездными облаками. Позже эти облака стали называться в честь самого знаменитого путешественника: Большим и Малым Магеллановыми Облаками. На самом деле это никакие не облака, а самые настоящие галактики, которые относятся к группе неправильных.

 Эти галактики  отличаются тем, что:

 1) они  имеют бесформенный вид;

 2) их  звездный состав такой же, как  и у ветвей спиральных галактик, за одним исключением: у неправильных  нет ядра;

 3) неправильные  галактики встречаются очень  редко. Эллиптические галактики.  Данные галактики встречаются  гораздо чаще, чем спиральные  и неправильные галактики. Назовем  отличительные черты эллиптических  галактик:

 1) их  можно принять за шаровые скопления  звезд, если не учесть, что галактика  больше их по размерам;

 2) вращаются  они очень медленно, и, следовательно,  они слабо сплюснуты. Это главное  их отличие от спиральных галактик (которые вращаются очень быстро  и вследствие этого, сильно  похожи на веретено);

 3) эллиптические  галактики не содержат в себе  ни звезд-гигантов, ни туманностей.

 Метагалактика

 Есть  ли верхняя граница в возможности  наблюдения Вселенной? Современная  наука отвечает на этот вопрос утвердительно. Существует принципиальное ограничение  размеров наблюдаемой части Вселенной, связанное не с экспериментальными возможностями, а с конечностью  её возраста.

 Космология  на основе общей теории относительности  Эйнштейна и закона Хаббла(см. ниже) определяет возраст Вселенной Твс 15-20 млрд лет (1018с). Никаких структурных единиц до этого не существовало. Введем понятие космологического горизонта, отделяющего те объекты от которых свет за время T<Твс до нас дойти не может.

 Космологический горизонт образует границу принципиально  наблюдаемой части Вселенной  — Метагалактики. Если принять, что  возраст Вселенной 1018 с, то размер Метагалактики  имеет порядок 1026м, причем космологический  горизонт непрерывно удаляется от нас  со скоростью 3?108 м/с.

 Важное  свойство Метагалактики в современном  состоянии – её однородность и  изотропность, т. е. свойства материи и пространства одинаковы во всех частях Метагалактики и по всем направлениям. Одно из важнейших свойств Метагалактики – её постоянное расширение, «разлет» галактик. Хаббл установил закон, согласно которому чем дальше от нас находятся галактики, тем с большей скоростью они удаляются.

 Расширяющаяся Вселенная – это Вселенная  изменяющаяся. А значит, у неё  есть своя история и эволюция. Эволюция Вселенной как целого изучается  Космологией, которая в настоящее  время дает описание и первых мгновений  её возникновения и возможных  путей развития в будущем.

 Масштабы  космоса

 Одной из проблем, в связи с которыми все  это долгое время не было понято, явились космические масштабы. Если представить себе Солнце в виде шара диаметром 7 см, то ближайшая к нему планета (Меркурий) будет находиться на расстоянии 2,8 м, наша Земля - в виде шарика диаметром 0,5 мм будет на расстоянии 7,6 м, а самая дальняя планета  Плутон - в 300 м от Солнца. Самая же близкая из других звезд - Проксима Центавра - расположится в 2000 км, что соответствует расстоянию от С-Петербурга до Сухуми. Неудивительно, что одинаковая природа Солнца и других звезд долгое время не была осознана. Временные масштабы, характерные для Вселенной, тоже не отстали. Если начать отсчет времени с так называемого Большого Взрыва - гипотетической ситуации, когда все вещество Вселенной находилось в одной единственной бесконечно малой точке, а потом начало разлетаться - и сопоставить ему 0 ч. 0 мин. первого января, а всю последующую историю развития Вселенной до настоящего времени уложить в один год, то Солнце образовалось только 9 сентября, Земля 14 сентября, бактерии появились 9 октября, первые клетки с ядром 15 ноября, динозавры 24 декабря, а первые люди только в 22 ч. 30 мин. 31 декабря. А ведь человек существует уже несколько миллионов лет.