Некоторые сведения из астрономии: материал для размышления

Некоторые сведения из астрономии: материал для размышления

Земля – Солнце – Солнечная система – Космос. Мы легко и свободно пользуемся этими терминами. Право, можно подумать, что все это нам хорошо известно. Но не ошибаемся ли мы? Даже рискуя повторить некоторые школьные истины, стоит, пожалуй, совершить короткий экскурс в астрономию, с тем чтобы внести некоторую ясность и устранить путаницу хотя бы в терминологии.

Наша Земля относится к Солнечной системе, которая включает 9 планет, вращающихся вокруг Солнца. Меркурий – наиболее близкая к Солнцу планета, далее по степени удаленности от Солнца следуют Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.

По поводу происхождения планет существует целый ряд гипотез: например, некоторые ученые предполагали, что однажды Солнце сблизилось с другой звездой и силы гравитации отторгли от него часть вещества; в дальнейшем в результате уплотнения оно превратилось в планеты.

Другим казалось более вероятным, что у Солнца некогда был спутник – более старая звезда, которая со временем взорвалась. Солнце удержало небольшую часть ее вещества, образовавшего вокруг него линзообразное облако; позднее в результате гравитационных сил оно сжалось в отдельные, относительно компактные образования, ставшие потом планетами. В наше время эти гипотезы имеют «лишь историческую ценность.

Современные теории исходят из того, что планеты, как и Солнце, образовались из межзвездной материи. В результате возмущений в разреженной газообразной среде возникли уплотнения, обладающие достаточно большой массой для сжатия под действием сил гравитации: так образовалось Солнце и вращающийся вокруг него диск, состоящий из относительно холодных газов и пылевых частиц. Вследствие столкновений и гравитационного взаимодействия тяжелые элементы внутри этого диска собирались поначалу в малые, а затем в более крупные скопления вещества, что привело к образованию известных нам планет, в то время как значительная часть легких элементов рассеялась.

Между орбитами Марса и Юпитера вращаются многочисленные малые планеты – астероиды. Диаметры самых мелких астероидов не превышают одного километра, а у самого большого из них, названного Церерой, поперечник достигает примерно 770 километров.

Орбиты планет представляют собой эллипсы, которые, однако, не слишком сильно отличаются от окружностей, кроме орбит Меркурия и Плутона. Вокруг некоторых планет вращаются их собственные спутники.

Средние скорости и периоды обращения планет зависят от их расстояния от Солнца. Для наглядности можно привести такие примеры: самая близкая к Солнцу планета, Меркурий, совершает полный оборот вокруг Солнца примерно за 88 земных суток, двигаясь со средней скоростью 48 км/сек; Юпитерианский год длится 4333 земных суток, а скорость его движения по орбите составляет 13 км/сек; для самой же удаленной планеты, Плутона, эти величины соответственно составляют 90 465 земных суток и 4,7 км/сек. Движение всех астрономических объектов происходит по одним и тем же законам физики, причем эта отрасль знания настолько точно и досконально разработана, что позволяет восстанавливать или предсказывать астрономические явления на огромные по нашим представлениям сроки. Законы небесной механики столь незыблемы, что по одному только факту отклонения движения Урана от расчетного пути в семидесятых годах прошлого века были предсказаны местонахождение и параметры неизвестной тогда планеты Нептун. Это триумфальное «открытие на кончике пера» повторилось в начале нашего века, когда таким же способом был обнаружен Плутон.

В отличие от орбит больших планет орбиты астероидов довольно сильно вытянуты. Например, орбита Икара в перигелии, то есть ближайшей к Солнцу точке, находится внутри орбиты Меркурия, а в афелии – наиболее удаленной от Солнца точке – вблизи орбиты Марса. Иногда пути астероидов проходят вблизи орбиты Земли: в 1937 году Гермес приблизился к Земле на 805 000 километров, а в 1975 году Эрос прошел на расстоянии около 24 миллионов километров.

А не может ли случиться так, что пути движения Земли и другого космического тела пересекутся и произойдет столкновение? Такие явления происходят, причем довольно часто. Всем хорошо знакомы, например, так называемые «звездопады», образуемые метеорами. Масса обычных метеоров не превосходит десятых долей грамма, а их скорость относительно Земли в среднем составляет около 40 км/сек. Световой след метеоров образуется из-за того, что при их вхождении в атмосферу Земли вдоль траектории полета происходит ионизация воздуха, в результате чего он начинает светиться. Обычно метеоры разрушаются и сгорают в воздухе. Но часть их все же достигает поверхности Земли. Такие несгоревшие остатки крупных метеоров называют метеоритами. Их размеры крайне разнообразны.

Ежегодно на поверхность Земли выпадают миллионы метеоритов общей массой около 200 тонн. Масса самого крупного из них – Гоба-метеорита – достигает примерно 60 тонн. В месте падения образуются кратеры, форма и размер которых зависят от свойств метеорита. Самым большим из кратеров признается Барринджер вблизи города Чинслоу, штат Аризона, США. Его диаметр измеряется почти полутора километрами, а глубина составляет 180 метров.

Как правило, все маленькие метеоры имеют кометное происхождение, то есть представляют собой частички комет, а более крупные, приводящие к выпадению метеоритов, практически без исключений принадлежат к астероидам.

Кометы! Еще один термин.

Их метко называют бродягами нашей Солнечной системы. Иногда комету удается наблюдать в ночном небе невооруженным глазом. В виде расплывчатого светового пятна с длинным огненным шлейфом она продвигается среди звезд по своей орбите. Что же такое комета и как образуется ее яркий шлейф? Головная часть каждой кометы состоит из центрального ядра – обломков породы, пыли и льда, которые испаряются по мере приближения к Солнцу и образуют газовую оболочку – «кому». Хвост кометы возникает под воздействием светового давления (солнечного излучения) на вещество, из которого она состоит, и обычно бывает направлен в сторону, противоположную Солнцу; хвосты, направленные к Солнцу, тоже наблюдались, правда довольно редко. Известны хвосты относительно прямые, искривленные и весьма сложные по форме. Светятся кометы в основном в результате отражения солнечного излучения. Проплывая каждый раз вблизи Солнца, комета теряет часть своей массы до тех пор, пока от нее практически ничего не остается. Не все кометы ведут себя одинаково: одни появляются в поле зрения земного наблюдателя через равные промежутки времени, другие, пришедшие к нам, вероятно, из других звездных систем, пролетают по близкой к Солнцу траектории и исчезают навечно. Поскольку кометы нарушают привычную картину звездного неба, человек тысячелетия суеверно считал их предвестниками катастроф и даже символом грядущего конца света.

Планеты, Солнце, Луна и другие небесные тела представляются нам светящимися. Мы знаем, что Солнце и звезды сами излучают свет. А излучает ли свет, например, Луна? Нет. Ни Луна, ни планеты, ни спутники сами по себе не излучают света. Мы их видим только потому, что они отражают солнечный свет.

Теперь мы подошли к вопросу о том, что же такое Солнце, являющееся источником жизни для людей, животных и растений на Земле? Солнце как астрономический объект – это довольно рядовая, средней величины звезда, одна из примерно 100 миллиардов звезд, образующих Млечный Путь – нашу Галактику. Вокруг звезды-Солнца, как уже говорилось, вращаются девять больших планет с 32 спутниками, множество комет и многие тысячи маленьких планет – астероидов. Солнце имеет диаметр около 1,4 млн. километров и массу, в 330 000 раз превышающую массу Земли; масса же всех планет Солнечной системы примерно в 730 раз меньше массы Солнца.

Наше Солнце, представляющееся нам огромным, на самом деле является весьма обычным небесным телом: около 90 % всех звезд имеют примерно такую же величину, а 10 % – даже превосходят своими размерами наше светило.

Почему Солнце, как и другие звезды, служит источником света? Какие процессы в его недрах приводят к выделению огромного количества энергии?

В процессе эволюции любая звезда проходит несколько стадий – от образования в результате гравитационного сжатия и разогрева газово-пылевого облака до гибели, после того как все ее энергетические ресурсы окажутся исчерпанными.

Солнце образовалось около 5 млрд. лет назад. После того как в процессе сжатия плотность и температура его внутренних областей достигли достаточно больших значений (по современным оценкам, они составляют соответственно «150 г/см³и га 20 000 000 градусов), в недрах Солнца стали возможны реакции термоядерного синтеза, при которых ядра атомов водорода превращаются в ядра гелия с выделением довольно значительного количества энергии. Эта энергия выделяется в виде ускоренных частиц (тепловая форма) и в виде рентгеновского и гамма-излучения. Несмотря на высокую скорость распространения излучения, лишь примерно через двадцать тысяч лет очередная его «порция» прорвется через плотные слои Солнца наружу. За это время оно настолько преобразится из-за взаимодействия с веществом Солнца, что мы сможем воспринимать его уже в виде света. С каждого квадратного метра поверхности нашего светила в секунду излучается количество энергии, равное 63 тысячам килоджоулей, или, иначе говоря, каждый квадратный метр поверхности Солнца «имеет мощность» 63 000 киловатт, что сравнимо с мощностью двигателей нескольких современных самолетов.

До нас доходит лишь двухмиллиардная часть отдаваемой Солнцем энергии, но и это – громадная величина по нашим обыденным представлениям. Для сравнения заметим, что количество солнечной энергии, падающей на Землю за три дня, могло бы быть получено лишь при сжигании всех земных запасов топливных ископаемых, вместе взятых. Солнечное излучение – первичный источник всех земных видов энергии (кроме ядерной), без него жизни на Земле не было бы.

Однако диапазон расстояний от Солнца, в котором тепловые условия на планете могут оказаться благоприятными для развития жизненных форм земного типа, довольно узок. И на Венере, и на Марсе – ближайших к Земле планетах – такие условия отсутствуют.

Структура Солнца, то есть строение его внутренних и внешних областей, весьма сложна. В самых глубинных, самых плотных и горячих недрах, как уже отмечалось, происходит процесс выделения энергии, которая затем в виде излучения, различного рода колебаний и конвективных движений как бы «просачивается» к внешним слоям. Из-за большой непрозрачности этих областей Солнца мы их не видим. Однако на некоторой «глубине» непрозрачность резко уменьшается, и все излучение, исходящее из того слоя, расходится уже без особых задержек во внешнее пространство. Этот слой называется фотосферой. Толщина его в масштабах Солнца очень мала – не более 300 километров, благодаря чему край солнечного диска кажется нам очень резким. На уровне фотосферы развиваются различные явления, связанные с процессами, происходящими в более глубоких слоях. Наиболее доступными для наблюдений являются солнечные пятна.

Выше фотосферы расположен относительно тонкий слой – хромосфера, толщина которой составляет около 10 000 километров, а еще дальше простирается солнечная корона – очень разреженная и горячая область солнечной атмосферы. Размеры ее огромны, они исчисляются многими десятками радиусов Солнца. Без использования специальных инструментов хромосферу, а тем более корону из-за их малой по сравнению с диском Солнца яркости можно наблюдать только во время полных солнечных затмений.

В хромосфере и короне происходит масса интереснейших явлений: именно там образуются протуберанцы, наблюдаются солнечные вспышки и др. Солнечные вспышки, в частности, относятся к таким явлениям, которые оказывают непосредственное воздействие на Землю. С ними связаны полярные сияния, магнитные бури. Вполне вероятно, что они вызывают также и погодные аномалии.

Такова краткая характеристика Солнца – одной из многих десятков миллиардов звезд, образующих местную звездную систему, или, говоря языком астрономии, Галактику. В Галактике наряду с огромным количеством звезд, общая масса которых примерно в сто миллиардов раз превышает массу Солнца, имеется чрезвычайно разреженное межзвездное вещество, состоящее из газа и пыли. Несмотря на его крайне небольшую плотность – в среднем около одного атома на 2 кубических сантиметра, – во всем объеме Галактики его содержится изрядное количество – около 5 % от массы всех звезд.

Форму нашего звездного скопления образно можно представить как относительно плоский диск диаметром 100 тысяч световых лет. В средней части его толщина составляет примерно 4 тысячи световых лет. К периферийным областям Галактики толщина «диска» уменьшается. Со стороны галактического полюса, то есть как бы в плане, наша Галактика выглядит спиралеобразной. Такая форма довольно часто наблюдается У ДPУГИX галактик, в частности у ближайшей к нам звездной системы – Туманности Андромеды.

Солнце – а следовательно, и вся Солнечная система – расположено вблизи галактической плоскости на расстоянии около 30 тысяч световых лет от центра Галактики. Чтобы хоть как-то оценить грандиозность космических объектов, попытайтесь представить их в масштабе земных расстояний!

На небе наша Галактика имеет вид слабо светящейся полосы – Млечного Пути. Еще в пятом веке до нашей эры греческий философ Демокрит высказывал предположение о том, что Млечный Путь состоит из невообразимого числа звезд. Насколько он был прав, доказывает телескоп, который позволяет увидеть, что кажущиеся единым целым туманные области свечения состоят из отдельных звезд. Места расположения всех достаточно ярких звезд на небе и их расстояние от Земли измерены с весьма большой точностью. Самая близкая к Солнцу звезда – Проксима Центавра – находится на расстоянии около четырех световых лет. Наиболее ярок Млечный Путь в своей центральной части, расположенной в направлении зодиакального созвездия Стрельца, которое в средних широтах видно в конце весны и летом.

Кроме нашей Галактики существуют и другие звездные системы. Сами галактики, которые как бы совершенно беспорядочно разбросаны в пространстве, образуют скопление галактик. Так, Млечный Путь вместе со спиральной галактикой Туманностью Андромеды, удаленной от нас на расстояние около двух миллионов световых лет, относится к скоплению № 27. О невероятных размерах галактик и их скоплений удалось получить сведения только в последнее время.

Наиболее богатое скопление галактик наблюдается в направлении зодиакального созвездия Девы. Оно включает в себя несколько тысяч галактик, занимающих на небе площадь более 100 квадратных градусов. Центр этого скопления удален от нашей Галактики примерно на 40 миллиардов световых лет! По современным представлениям в сфере такого радиуса может находиться около трехсот миллиардов галактик, каждая из которых сама по себе является огромным звездным скоплением. Всю эту систему, которую просто трудно вообразить, принято называть Большой Вселенной.

Большая Вселенная – впрочем, как и все более «мелкие» космические образования – не является чем-то законченным, стационарным, а, непрерывно изменяясь, проходит определенный путь развития. В 1929 году Хаблом, например, было открыто явление «разбегания галактик», что впоследствии послужило причиной создания теории расширяющейся Вселенной. Дальнейшая эволюция Вселенной зависит от такого параметра, как средняя плотность вещества во Вселенной. Ответа на этот вопрос, как и на многие другие, поставленные перед Человеком Природой, пока нет. Они ждут своего решения.