Глядя на усеянное звёздами небо, человек приходит в восторг, не оставаясь равнодушным к созерцаемому. «Открылась бездна, звёзд полна. Звёздам числа нет, бездне – дна» – эти прекрасные строки великого российского учёного М.В. Ломоносова (1711–1765), написанные на заре зарождения русской поэзии, образно и наиболее полно описывают первое впечатление, которое испытывает любой человек, любуясь завораживающей картиной звёздного неба. Про звёзды сложено множество стихов, песен. Далёкие мерцающие звёзды и бескрайнее небесное пространство всегда притягивали и притягивают всех: и обыкновенного человека, и поэта, и учёного. Но для учёных-естествоиспытателей звёздное небо не только предмет восторга и наслаждения, но и увлекательный, неисчерпаемый объект исследований.
В ясную погоду в безлунную ночь невооружённым глазом можно наблюдать на небосводе до трёх тысяч звёзд. Но это лишь небольшая часть звёзд и других космических объектов Вселенной.
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 Вселенная, находящаяся в пределах космологического горизонта.
Структура Вселенной – предмет изучения космологии – одной из многих отраслей естествознания, находящейся на стыке естественных наук: астрономии, физики, химии и др.
Главные составляющие Вселенной – галактики – громадные звёздные системы, содержащие десятки, сотни миллиардов звёзд. Солнце вместе с планетной системой входят в нашу Галактику, наблюдаемую в форме Млечного Пути. Кроме звёзд и планет со своими спутниками галактики содержат разрежённый газ и космическую пыль.
Млечный Путь хорошо виден в безлунную ночь. Он кажется скоплением светящихся туманных масс, протянувшимся от одной стороны горизонта до противоположной, и состоит примерно из 150 млрд звёзд. По форме он напоминает огромный сплюснутый шар. В центре его находится ядро, от которого расходятся несколько спиральных звёздных ветвей. Наша Галактика чрезвычайно велика: от одного её края до другого световой луч путешествует около 100 тыс. земных лет. Большая часть её звёзд сосредоточена в гигантском диске толщиной около 12 тыс. световых лет. На расстоянии около 30 тыс. световых лет от центра Млечного Пути, на его окраине, расположено Солнце.
Основное «население» галактик – звёзды. Мир звёзд необыкновенно разнообразен. И хотя все звезды – раскалённые шары, подобные Солнцу, их физические характеристики различаются весьма существенно. Есть, например, звезды-гиганты и сверхгиганты. По своим размерам они значительно превосходят Солнце. Например, одна из звёзд в созвездии Цефея больше по объёму 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 удалённых планет – Марса, Юпитера, даже Сатурна – оказались бы внутри такого сверхгигантского шара.
Во Вселенной, кроме звёзд-гигантов, есть и сравнительно небольшие звёзды, значительно уступающие по своим размерам Солнцу и поэтому названные карликами. Некоторые из них меньше Земли и даже её спутника Луны. Они состоят из вещества очень высокой плотности. Для сравнения: если бы из вещества одного из наиболее плотных белых карликов удалось изготовить обычную килограммовую гирю, то на Земле она весила бы 4 тыс. т.
Ещё большей плотностью обладают нейтронные звёзды, состоящие главным образом из ядерных частиц – нейтронов. Их диаметр относительно небольшой – всего около 20–30 км, а средняя плотность вещества огромна – более 100 млн т/см3. Существование нейтронных звёзд было предсказано ещё в 30-е годы прошлого века, а обнаружены они только в 1967 г. по необычному импульсному радиоизлучению. Нейтронные звезды, быстро вращаясь, излучают импульсы. Поэтому они называются пульсарами.
Поверхностными температура звёзд различна – она находится в пределах от нескольких тысяч до десятков тысяч градусов. Сравнительно «холодные» звезды, с температурой 3–4 тыс. градусов, красного цвета. Наше Солнце с поверхностью, «нагретой» до 6 тыс. градусов, имеет золотисто-желтоватый цвет. Самые горячие звезды, с температурой выше 12 тыс. градусов, выглядят белыми и голубоватыми.
Во Вселенной наблюдаются вспышки новых и сверхновых звёзд. В результате активных физических процессов они необычно резко увеличиваются в объёме и как бы «раздуваясь», сбрасывают свою газовую оболочку, а затем в течение непродолжительного времени выделяют огромное количество энергии – в миллиарды раз больше, чем излучает Солнце. Исчерпав свои энергетические запасы, такие звёзды, тускнея, превращаются в газовую туманность. Так на месте сверхновой звезды образовалась Крабовидная туманность, представляющая собой мощный источник излучения, что свидетельствует о происходящих внутри неё интенсивных процессах.
Звёзды нашей Галактики обращаются вокруг её центра с большой скоростью по очень сложным орбитам. С очень большой скоростью, около 250 км/с, движется в мировом пространстве и наше Солнце, увлекая за собой свои планеты со спутниками. Солнечная система совершает один полный оборот вокруг галактического центра за период более 200 млн. лет.
Своеобразные звёздные системы в виде небольших туманных пятен наблюдаются на небе Южного полушария. Они удалены от нас на расстояние около 150 тыс. световых лет. Впервые наблюдая такие необычные звёздные системы во время кругосветного путешествия, их подробно описал спутник и биограф Магеллана Пигафетт. Вошли они 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 2 млн световых лет от нас находится ближайшая к нам галактика – Туманность Андромеды, которая по своему строению напоминает Млечный Путь, но значительно превосходит по своим размерам. Туманность Андромеды включает спутники – две эллиптические туманности, состоящие из огромного числа звёзд.
По форме и строению различаются эллиптические, спиральные, шаровые и неправильной формы галактики. Почти четверть всех известных галактик относятся к эллиптическим. Плотность распределения звёзд в них равномерно убывает в направлении от центра. Самые яркие в них звёзды – красные гиганты. К спиральным галактикам относятся наша Галактика, Туманность Андромеды и многие другие. В созвездии Центавра наблюдается шаровая галактика – активный источник радиоизлучения. Галактики неправильной формы не имеют центральных ядер. Закономерность распределения звёзд в них пока не установлена.
Наша Галактика, Туманность Андромеды вместе с другими звёздными системами образуют Местную группу галактик. Она объединяет более двадцати галактик, расстояние до которых не превышает 1 Мпк. Звёздные острова, галактики – типичные объекты Вселенной. К настоящему времени известно множество звёздных образований, которые таят в себе ещё немало загадок.
Библиографические ссылки
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов, 12-е изд. М.: Директ-Медиа, 2014.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Практикум, 6-е изд. М.: Директ-Медиа, 2016.
Карпенков С.Х. Экология. Учебник в 2-х кн. М.: Директ-Медиа, 2017.
Карпенков С.Х. Экология. Практикум. М.: Директ-Медиа, 2014.
Карпенков С.Х. Экология. Учебник для бакалавров. М.: Логос, 2014.
Карпенков С.Х. Технические средства информационных технологий. 3-е изд. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Справочник. М.: Высшая школа, 2004.
Карпенков С.Х. Незабытое прошлое. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков С.Х. Воробьёвы кручи. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков Степан Харланович
