Учебник для 10 класса

Естествознание

§ 27. Единство многообразия. Мегамир

И я выхожу из пространства
В запущенный сад величин,
И мнимое рву постоянство
И самосогласье причин.
И твой, бесконечность, учебник
Листаю один, без людей —
Безлиственный, дикий лечебник, —
Задачник огромных корней.
О. Мандельштам

Какова иерархия объектов во Вселенной? Какая сила «правит мирами» и заставляет небесные объекты кружиться вокруг центра масс? В чем единство мегамира?

Урок-лекция

КАК УСТРОЕНА ВСЕЛЕННАЯ. Вселенная — это огромный мир, в котором мы живем. Основные структурные образования Вселенной — галактики. Это массивные звездные системы, состоящие из сотен миллиардов звезд и газопылевых туманностей. По внешнему виду галактики разделили на несколько типов, основные из которых спиральные (их примерно 50% из миллиардов наблюдаемых в космосе), эллиптические (их около 25% наблюдаемых), линзовидные (20%) и неправильные (5%). Самые известные спиральные галактики: наша Галактика, одна из ближайших к нам — Туманность Андромеды (рис. 25) (расстояние до нее примерно 2,3 млн св. лет), Сомбреро в созвездии Девы. Самые близкие к нашей Галактике неправильные галактики — Большое и Малое Магеллановы облака. На рисунке 26 изображена одна из эллиптических галактик.

Рис 25. Галактика Туманность Андромеды

Рис. 26. Эллиптическая галактика

Рис. 27. Наша Галактика (Млечный Путь)

В структуру нашей Галактики входят: ядро, в составе которого по современным представлениям имеются массивные черные дыры; диск, где находятся в основном молодые массивные яркие звезды; газопылевые комплексы, где происходит звездообразование, а также гало и корона. В гало наблюдаются старые шаровые звездные скопления и отдельные звезды Корона — довольно массивное образование, однако ее состав пока неясен. Солнце находится в плоскости диска Галактики далеко от ее ядра, примерно на расстоянии 2/3 радиуса.

В нашей Галактике (рис. 27) примерно двести миллиардов звезд, ее диаметр около 100 тыс. св. лет. Звезды могут принадлежать рассеянным или шаровым звездным скоплениям, входить в звездные системы или оставаться одиночными. Именно у одиночных звезд, по-видимому, могут образовываться планетные системы.

Наша Галактика, как и все спиральные галактики, вращается. Линейная скорость движения Солнца вокруг центра Галактики составляет примерно 250 км/с, период обращения — около 200 млрд лет.

Расстояния между соседними галактиками сравнимы с их размерами.

Галактики образуют скопления и сверхскопления, из которых и строится, по-видимому, ячеистая структура Вселенной (рис. 28).

Рис. 28. Ячеистая структура Вселенной

СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА. Солнечная система — это система небесных тел, объединенных силами тяготения, центральной звездой которой является Солнце. Масса Солнца в 750 раз больше массы всех остальных тел Солнечной системы и составляет 2х10³⁰ кг. В состав Солнечной системы, кроме Солнца, входят девять больших планет: Меркурий. Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон; их спутники, а также малые тела Солнечной системы: астероиды, кометы, метеороиды (небольшие космические тела размерами несколько метров и меньше); солнечный ветер — потоки элементарных частиц (это в основном электроны, а также протоны и ядра атомов гелия (α-частицы), а также поля — гравитационное, электромагнитное.

В последние годы ученые открывают астероиды на окраинах Солнечной системы в зоне планет-гигантов и далеко за Плутоном. Это астероиды пояса Койпера. По предположению датского астронома Оорта, на окраине Солнечной системы находится резервуар кометных ядер (облако Оорта).

Относительные расстояния до планет, видимых невооруженным глазом, определил еще в XV в. Николай Коперник. Уран был открыт английским астрономом Вильямом Гершелем в 1781 г. при наблюдении в телескоп, а положения на небе Нептуна и Плутона были сначала вычислены с использованием закона всемирного тяготения по наблюдениям за планетами-соседями. Нептун был открыт «на кончике пера» в 1846 г. англичанином Адамсом, французским астрономом Леверье и немецким астрономом-наблюдателем Галле. Плутон в 1930 г. открыл Томбо. Начиная с 1801 г. астрономы открывают малые планеты — астероиды. Оказалось, что большинство из них движется в довольно широкой зоне между планетами Марсом и Юпитером. Самый крупный астероид основного пояса астероидов — Церера. Его диаметр — около 1000 км. Сейчас открыто несколько десятков тысяч астероидов, среди них и астероид Гаспра (рис. 29). К некоторым из них подлетали космические аппараты, получены их снимки.

Рис. 29. Астероид Гаспра

Комету образует ядро, состоящее из льда: водяного, сухого (углекислота), метанового, аммиачного с примесями пыли. Если комета, двигаясь по вытянутой орбите, подлетает близко к Солнцу, ядро начинает испаряться и вокруг кометы образуется так называемая голова, состоящая из ионизированного солнечным излучением газа, который вытягивается в хвост, направленный вдоль потоков солнечного ветра (от Солнца). Характерные размеры кометных ядер — километры, размеры головы — сотни тысяч километров, хвосты комет могут достигать размеров в сотни миллионов километров.

СИЛА, ЧТО ПРАВИТ МИРАМИ. Основные силы, которые управляют движением небесных тел в наблюдаемой Вселенной, — это силы гравитации. Под действием гравитации планеты движутся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца, звезды в звездных системах — вокруг общего центра масс, спутники — вокруг планет, звезды — вокруг центра галактик. Гравитация во многом определяет эволюцию планет, звезд, галактик, Вселенной в целом.

Вселенная как система представляет собой единство многообразия иерархически расположенных объектов, движением которых управляет в основном сила гравитации. Согласно наблюдениям, в нашей Вселенной действуют единые законы. Основные структурные элементы Вселенной — галактики, в состав которых, в свою очередь, входят звездные системы, газовые и пылевые туманности, планетные системы.

1. Что такое галактика? Каковы основные виды и свойства галактик?
2. Солнце находится на периферии нашей Галактики Как вы думаете, что изменилось бы в движении Солнца, если бы оно находилось вблизи центра Галактики?
3. Может ли комета двигаться хвостом вперед?