Объекты мегамира

Планеты.Начальной ступенью в иерархии объектов мегамира являются планеты (от греч.planetes– блуждающие). Планеты – это небесные тела, обращающиеся обычно вокруг звезд, отражающие их свет и не имеющие собственного видимого излучения. По размерам и массам они значительно меньше звезд, например, Земля меньше Солнца по размеру в 109 раз, а по массе – в 333 000 раз. Многие планеты имеют спутники, обращающиеся вокруг них, например, спутником Земли является Луна. Земля входит в состав планет Солнечной системы, насчитывающей 9 больших планет: Меркурий, Венера, Земля (с Луной), Марс (с Фобосом и Деймосом), Юпитер (с 16 спутниками), Сатурн (с 17 спутниками), Уран (с 16 спутниками), Нептун (с 10 спутниками), Плутон (с Хароном). Между орбитами Марса и Юпитера находится более 5000 малых планет. В Солнечной системе существуют также кометы и метеорные тела. В настоящее время неизвестно, имеются ли в Солнечной системе планеты, еще более удаленные от Солнца, чем Плутон. Можно только утверждать, что если такие планеты и есть, то они сравнительно невелики.

Условно размеры Солнечной системы можно принять равными 50–100 астрономическим единицам (среднее расстояние от Земли до Солнца 149 600 тыс. км), или около 10 млрд км. По нашим земным масштабам это очень большая величина, примерно в 1 млн раз превосходящая диаметр Земли. Мы можем более наглядно представить относительные масштабы Солнечной системы следующим образом. Пусть Солнце изображается бильярдным шаром диаметром 7 см. Тогда ближайшая к Солнцу планета – Меркурий – находится от него на расстоянии 280 см, Земля – на расстоянии 760 см, гигантская планета Юпитер удалена примерно на 40 м, а самая дальняя планета – во многих отношениях пока еще загадочный Плутон – на расстояние около 300 м. Размеры земного шара в этом масштабе несколько больше 0,5 мм, лунный диаметр – немногим больше 0,1 мм, а орбита Луны имеет диаметр около 3 см.

Астрофизики полагают, что 10 % всех звезд имеют планетные системы. У 10 ближайших к нам звезд они достоверно обнаружены, например, одна из близких к Земле звезд – “летящая” Барнарда – имеет три планеты с массой примерно равной массе Юпитера. Предполагается, что если скорость вращения звезд меньше (несколько км/с), чем обычно бывает у звезд (несколько десятков км/с), то они имеют планетную систему.

Звезды.Наиболее распространенными объектами окружающего нас материального мира являются звезды. Изученная нами часть окружающего пространства заполнена огромным количеством звезд – самых больших небесных тел, подобных нашему Солнцу, вещество которых находится в состоянии плазмы. Они имеют собственные видимые излучения и характеризуются различными размерами, массами, светимостями и временем жизни. Размерызвезд варьируют от величины больше Солнца в 1 000 раз до 0,003 доли размера Солнца; масса –от величины больше Солнца до 80 раз до 0,05 доли массы Солнца. Возраст звезд составляет от 100 млн до 100 млрд лет. На поверхности Солнца температура составляет 6 000 К; некоторые звезды имеют на поверхности температуру 50 000 К, а другие – всего 3 000 К. Центральные области звезд и Солнца характеризуются температурой более 10⁷К и давлением ~10¹¹атм. При этом становятся возможными термоядерные реакции, результатом которых является слияние ядер водорода и превращение их в ядра гелия. Эта ядерная реакция служит источником энергии звезд.

Звезды удалены друг от друга на огромные расстояния и тем самым практически изолированы. В окрестностях Солнца среднее расстояние между звездами примерно в 10 млн раз больше, чем средний диаметр звезд. Даже самая близкая к нам звезда – Проксима Центавра –удалена на такое большое расстояние, что по сравнению с ним межпланетные расстояния в пределах Солнечной системы кажутся мизерными. Для оценки межзвездных и межгалактических расстояний как единицу измерения используютсветовой год– это такое расстояние, которое свет, двигаясь со скоростью 300 тыс. км/с, проходит за год. Легко убедиться, что световой год равен 9,46 ∙ 10¹²км, или около 10 000 млрд км. В научной литературе для измерения межзвездных и межгалактических расстояний обычно применяется особая единица,равная 3,26 светового года, получившая название парсек. Парсек – такое расстояние, с которогорадиус земной орбиты виден под углом в 1 с дуги. Это очень маленький угол. Достаточно сказать, что под таким углом монета в одну копейку видна с расстояния в 3 км. Ни одна из звезд – ближайших соседок Солнечной системы – не находится к нам ближе, чем на 1 пк. Например, упомянутая Проксима Центавра удалена от нас на расстояние около 1,3 пк. В том масштабе, в котором мы описали Солнечную систему, это соответствует 2 тыс. км, то есть она значительно изолирована от окружающих звездных систем.

Галактики.Звезды рассеяны в пространстве неравномерно, они образуют связанные силами тяготения системы, называемые галактиками. Число звезд в галактиках порядка 10¹¹–10¹². Галактики имеют в большинстве своем эллипсоидальную, спиральную или сплюснутую форму. Их размеры таковы, что свет, распространяясь со скоростью 300 000 км/с, проходит расстояние от одного края галактики до другого за десятки и сотни тысяч лет, то есть 10⁴–10⁵ световых лет. Расстояния между отдельными галактиками еще больше – они в десятки раз превосходят размеры самих галактик. Число звезд в каждой галактике огромно – от сотенмиллионов до сотен миллиардов звезд. С Земли галактики видны как слабые туманные пятна, поэтому раньше их называли внегалактическими туманностями. Только в близких к намгалактиках и только на фотографиях, полученных самыми мощными телескопами, можно рассмотреть отдельные звезды в них.

Внутри галактик звезды распределены также неравномерно, концентрируясь к их центрам и образуя различные скопления. Пространство между звездами в галактиках и пространство между галактиками заполнено материей в виде газа, пыли, элементарных частиц, а также электромагнитными излучениями и гравитационными полями. Плотность вещества межзвездной и межгалактической среды очень низка. Солнце, большинство звезд и звездныхскоплений, наблюдаемых на небе, образуют систему, которую мы называем нашей Галактикой.Огромное количество входящих в нее слабых звезд представляется невооруженному глазубелесой полосой, проходящей через все небо и называемой Млечным путем. Систематическиеисследования распределения галактик в пространстве стали проводить лишь в первой половинеXXв. Эти исследования показали, что галактики распределены по небу примерноравномерно. Выяснилось, что при этом галактики, подобно звездам, образуют группы и скопления.Так, наша Галактика, туманность Андромеды, галактика Треугольника, Большое и МалоеМагеллановы Облака и еще несколько звездных систем меньших размеров образуют Местнуюгруппу из 35 галактик, размеры которых достигают сотни тысяч парсек. Галактики Местной группы связаны общим тяготением и движутся вокруг общего центра масс. В среднем диаметры скоплений галактик близки к 8 Мпк. Наблюдение картины распределения галактик по небу показывает, что оно имеет сетчатую структуру. Галактики имеют тенденцию располагаться по границам гигантских ячеек, внутри которых они практически отсутствуют.

Метагалактика и Вселенная. По-видимому, ячеистая структура распределениягалактик является наиболее крупной структурой Метагалактики – видимой части Вселенной. Самые далекие объекты Метагалактики, наблюдаемые в настоящее время, – это квазары. От наиболее удаленных квазаров свет доходит до нас более чем за 10 млрд лет.

Под Вселенной понимают весь окружающий известный нам и неизвестный мир, то есть все сущее. Известная часть Вселенной, называемая Метагалактикой, – это объем, заполненный звездами, галактиками и имеющий диаметр ~10²⁸см. Радиус Метагалактики оценивается примерно в 5 млрд световых лет, причем это значение со временем может измениться. Возможно, Метагалактика имеет форму диска и вращается вокруг своей оси за период 10¹¹–10¹²лет. Но все эти цифры носят условный характер, так как пока накоплено слишком малонаблюдений. Ясно также, что Метагалактикой не исчерпывается вся Вселенная, и за еепределами существует бесчисленное множество других систем различной структурной организации. Число открываемых внегалактических туманностей растет с каждым годом.Современным средствам астрономических исследований доступна колоссальная область пространствадиаметром около 10 млрд световых лет.

Чтобы определить расстояния до таких Галактик, можно привести следующий пример. Луч света начал свое движение от этих миров, когда на Земле происходили первичныетектонические процессы, но еще не было жизни. Когда свету осталось пройти до Земли одну двухтысячную часть своего пути, на ней появились первые человекообразные существа. Заэто время на Земле сменилось 40 000 поколений людей, пока, наконец, не были созданытелескопы и фотопластинки, способные воспринять послание от этих необычайно удаленныхмиров. Но те расстояния, которые свет может пройти лишь за миллиарды лет, научная теорияохватывает за неизмеримо более короткие отрезки времени.

По некоторым данным, наша Галактика находится на расстоянии в несколько десятков миллионов световых лет от центра Метагалактики и движется вокруг центра со скоростью около 1 000 км/с. Границу Метагалактики называют горизонтом познания Вселенной.

Во Вселенной все находится в движении. Движутся планеты и их спутники, кометы и метеорные тела; движутся Солнце и звезды в галактиках, движутся галактики относительно друг друга. Как нет пространства без материи, так нет и материи без движения.