Конспект урока: История развития представлений о Вселенной. Солнечная система. Строение и эволюция Вселенной

Галактика Млечный путь. Эволюция Вселенной

Солнечная система включает в себя Солнце, восемь планет, вращающихся вокруг него, и некоторые другие небесные объекты: астероиды, кометы и проч. В ХХ в. было установлено, что Солнечная система является частью Галактики, в которую входят миллиарды звёзд.

Рис. 1. Галактика Млечный путь

 

Звёзды движутся по орбитам, имеющим форму эллипса, вокруг центра Галактики — ядра. Расстояние от центра Галактики до Солнца составляет 26 000 св. лет. (Один световой год — это расстояние, которое свет проходит в вакууме за один год). Радиус Галактики составляет около 
50 000 св. лет.

С поверхности Земли можно наблюдать только часть Галактики, которая носит называние Млечный путь (рис. 1). Тёмные разрывы вдоль Млечного пути объясняются тем, что в Галактике существуют газопылевые туманности, поглощающие свет.

Рис. 2. Галактика М33

В 1923 г. впервые было доказано существование других Галактик, помимо нашей: американский астроном Эдвин Хаббл (1889–1953) обнаружил звёздные скопления, находящиеся слишком далеко, чтобы быть частью Млечного пути. Одна из обнаруженных Хабблом Галактик — Галактика М33 — представлена на рисунке 2.

Млечный путь, а также три десятка ближайших галактик, образуют устойчивую систему, получившую название Местная группа. Галактика Андромеды (галактика М31) является наиболее крупным объектом местной группы звёздных скоплений. Эта галактика примерно вдвое больше Млечного пути в диаметре, содержит в несколько раз больше звёзд и удалена от нашей галактики на расстояние порядка 7,5 ∙ 10⁴ св. лет.

Местная группа является маленькой частью Местного сверхскопления галактик, имеющего диаметр порядка 100 млн св. лет.
 

С помощью современных телескопов были получены и изучены тысячи фрагментов Вселенной, что позволило создать карту распределения галактик во Вселенной, это распределение оказалось однородным. Этот факт получил название космологического принципа.

В 1922 г. советским учёным Александром Фридманом (1888–1925) было установлено, что Вселенная должна изменяться в объёме. В 1929 г. Хаббл подтвердил данное утверждение, обнаружив, что все галактики с течением времени удаляются друг от друга. Учёный установил, что скорость движения галактик зависит от расстояния между ними: чем дальше они расположены друг от друга, тем быстрее происходит их отдаление. Данное утверждение называется законом Хаббла и выражается следующей формулой:
 

$v=H·r$,
 

где $v$ — модуль скорости удаления галактики;
H = (13 млрд лет)^-1 — постоянная Хаббла;
r — радиус удаления галактики.
 

Закономерности, открытые Фридманом и Хабблом, позволяют сделать вывод, что Вселенная образовалась около 13 млрд лет назад, когда вся материя начала распределяться в пространстве, удаляясь от одной точки.

В 1946 г. советский физик Георгий Гамов (1904–1968) выдвинул так называемую теорию Большого взрыва. Гамов развил теорию Фридмана о расширении Вселенной из очень маленького объёма вещества: он предположил, что изначально всё вещество было не только очень плотным, но и очень горячим: радиус Вселенной был равен ∼10^-35 м, а температура ∼10³³ К. В первичном веществе происходили ядерные реакции, в результате которых в течение нескольких минут были образованы лёгкие химические элементы. Гамов предсказал наличие космического фона излучения — реликтового излучения, которое должно было существовать вместе с горячим веществом. Излучение не исчезает при расширении Вселенной и сохраняется до сих пор. Температура излучения, согласно теории Гамова, должна быть равна ∼3К.

Рис. 3. Этапы формирования Вселенной на оси времени

В 1965 г. было обнаружено слабое однородное электромагнитное излучение, спектр которого соответствовал температуре ∼3К, приходящее на Землю со всех сторон космического пространства в любое время дня. Таким образом, теория Большого взрыва Гамова получила косвенное подтверждение.
 

Реликтовое излучение, будучи однородным и постоянным во времени, является удобным телом отсчёта для описания движения различных небесных тел. В данной системе отсчёта центр нашей Галактики движется со скоростью ∼500 км/с, Земля движется в сторону созвездия Льва со скоростью ∼300 км/с.
 

Существуют и другие теории возникновения Вселенной, такие как теория «Бесконечно пульсирующей Вселенной», креационизм, теория «Разбиения сосудов» и др. В настоящее время эти теории слабо разработаны, а теория Большого взрыва является общепринятой.

Итоги

• Солнечная система является частью Галактики под названием Млечный путь, в которую входят миллиарды звёзд.
• Млечный путь, а также три десятка ближайших галактик, образуют устойчивую систему — Местную группу. Местная группа является маленькой частью Местного сверхскопления галактик.
• Космологический принцип: распределение материи во Вселенной однородно. Иначе говоря, для всех наблюдателей Вселенная выглядит одинаково, независимо от места наблюдения.
• По закону Хаббла галактики удаляются друг от друга со скоростью, равной: $v=H·r$.
• Теория Большого взрыва — общепринятая космологическая модель, описывающая ранние этапы развития Вселенной.