4. Структура Вселенной

Глядя на усеянное звездами небо, человек при­ходит в восторг, не оставаясь равнодушным к созерцаемому. «Открылась бездна, звезд полна. Звездам числа нет, бездне - дна»,— эти прекрасные стро­ки М.Б. Ломоносова, написанные на заре зарождения русской поэзии, образно и наиболее полно описыва­ют первое впечатление, которое испытывает человек, любуясь завораживающей картиной звездного неба. Про звезды сложено множество стихов, песен. Звез­ды и бескрайнее небесное пространство всегда при­тягивали и притягивают всех: и самого обыкновен­ного человека, и поэта, и ученого. Но для ученых, ес­тествоиспытателей звездное небо не только предмет восторга и наслаждения, но и увлекательный, неис­черпаемый объект исследований.

В ясную погоду в безлунную ночь невооруженным глазом можно наблюдать на небосводе до трех тысяч звезд. Но это лишь небольшая часть звезд и других космических объектов, из которых состоит Вселенная.

Вселенная — это весь существующий матери­альный мир, безграничный во времени и простран­стве и бесконечно разнообразный по формам, ко­торые принимает материя в процессе своего раз­вития. Часть Вселенной, доступная исследованию астрономическими средствами, соответствующи­ми достигнутому уровню развития науки, называ­ется Метагалактикой. Иначе говоря, Метагалакти­ка — охваченная астрономическими наблюдениями часть Вселенной. Она находится в пределах космо­логического горизонта.

Структура Вселенной — предмет изучения космо­логии, одной из важных отраслей естествознания, на­ходящейся на стыке многих естественных наук: аст­рономии, физики, химии и др.

Главные составляющие Вселенной — галактики — громадные звездные системы, содержащие десятки, сотни миллиардов звезд. Солнце вместе с планетной системой входят в нашу Галактику, наблюдаемую в форме Млечного Пути. Кроме звезд и планет галакти­ки содержат разреженный газ и космическую пыль.

Млечный Путь хорошо виден в безлунную ночь. Он кажется скоплением светящихся туманных масс, протянувшимся от одной стороны горизонта до дру­гой, и состоит примерно из150 млрд звезд. По фор­ме он напоминает сплюснутый шар. В центре его на­ходится ядро, от которого отходит несколько спираль-

ных звездных ветвей. Наша Галактика чрезвычайно велика: от одного ее края до другого световой луч путешествует около 100 тыс. земных лет. Большая часть ее звезд сосредоточена в гигантском диске тол­щиной около 1500 световых лет. На расстоянии око­ло 30 тыс. световых лет от центра Млечного пути, на его окраине, расположено Солнце.

Основное «население» галактик— звезды. Мир звезд необыкновенно разнообразен. И хотя все звез­ды — раскаленные шары, подобные Солнцу, их физи­ческие характеристики различаются весьма суще­ственно. Есть, например, звезды-гиганты и сверхги­ганты. По своим размерам они значительно превосходят Солнце. Объем одной из звезд в созвез­дии Цефея больше объема Солнца в 14 млрд раз. Если эту громадную звезду можно было бы поместить в центре нашей планетной системы, то не только Земля, но и орбиты более далеких планет — Марса, Юпитера, даже Сатурна — оказались бы внутри такого сверхги­гантского шара.

Кроме звезд-гигантов, существуют и звезды-кар­лики, значительно уступающие по своим размерам Сол­нцу. Некоторые из них меньше Земли и ее спутника Луны. Вещество их отличается чрезвычайно высокой плотностью. Так, если из вещества одного из наиболее плотных белых карликов удалось бы изготовить гирю, равную по размерам обычной килограммовой гире, то на Земле она весила бы 4 тыс т.

Еще большей плотностью обладают нейтронные звезды, состоящие главным образом из ядерных час­тиц-нейтронов. Их диаметр небольшой — всего около 20 — 30 км, а средняя плотность вещества огромна — более 100 млн т/см³. Существование нейтронных звезд было предсказано еще в 30-х годах XX века. Однако обнаружить их удалось только в 1967 г. по необычно­му импульсному радиоизлучению. Нейтронные звез­ды, быстро вращаясь, излучают импульсы. Поэтому они называются пульсарами.

Звезды обладают различными поверхностными температурами — от нескольких тысяч до десятков тысяч градусов. Соответственно различается и цвет звезд. Сравнительно «холодные» звезды — с темпера­турой 3 — 4 тыс. градусов — красного цвета. Наше Солнце с поверхностью, «нагретой» до 6 тыс. градусов, име­ет желтоватый цвет. Самые горячие звезды — с темпе­ратурой выше 12 тыс. градусов — белые и голубоватые.

Во Вселенной наблюдаются вспышки новых и сверхновых звезд. Такие звезды в некоторый момент времени в результате бурных физических процессов неожиданно увеличиваются в объеме, «раздуваются»,-сбрасывают свою газовую оболочку и в течение не­скольких суток выделяют громадное количество энер­гии — в миллиарды раз больше, чем излучает Солнце. Затем, исчерпав свои ресурсы, они постепенно туск­неют, превращаясь в газовую туманность. Так, на ме­сте сверхновой звезды образовалась, например, Крабовидная туманность. Она является мощным источни­ком излучения, что свидетельствует о происходящих внутри нее интенсивных процессах.

Звезды нашей Галактики движутся вокруг ее цен­тра по очень сложным орбитам. С огромной скорос­тью — около 250 км/с — движется в мировом простран­стве и наше Солнце, увлекая за собой свои планеты. Солнечная система совершает один полный оборот вок­руг галактического центра за время более 200 млн лет.

Своеобразные звездные системы в виде небольших туманных пятен наблюдаются на небе Южного полуша­рия. Они удалены от нас на расстояние около 150 тыс. световых лет. Впервые их подробно описал спутник и биограф Магеллана Пигафетт во время знаменитого кругосветного путешествия. Они вошли в историю аст­рономии под названием Магеллановых облаков — Боль­шого и Малого. Радиоастрономические исследования последних десятилетий показали, что Магеллановы об­лака — это спутники нашей Галактики: они обращают­ся вместе с ней вокруг общего центра.

На расстоянии около 1 млн световых лет от нас находится ближайшая к нам галактика — Туманность Андромеды, которая по своему строению напоминает Млечный Путь, но значительно превосходит его по своим размерам. Туманность Андромеды включает спутники — две эллиптические туманности, состоящие из огромного числа звезд.

По форме и строению различают эллиптические, спиральные, шаровые и неправильной формы галактик. Почти четверть всех известных галактик, относятся к эллиптическим. Плотность распределения звезд в них равномерно убывает в направлении от центра. Самые яркие в них звезды — красные гиганты. Одна из типичных спиральных галактик показана на ил. 5.2. К спиральным галактикам относятся наша Галактика, Туманность Андромеды и многие другие. В созвездии Центавра наблюдается шаровая галактика, являющая­ся источником радиоизлучения. Галактики неправиль­ной формы не имеют центральных ядер; закономер­ность распределения звезд в них пока не установлена. Наша Галактика, Туманность Андромеды вместе с другими соседними звездными системами образуют Местную группу галактик. Она объединяет 25 галак­тик, расстояние до которых не превышает 1 Мпк. Звез­дные острова, галактики - типичные объекты Вселен­ной. К настоящему времени известно множество звез­дных образований, которые таят в себе еще немало загадок.