14
БУДОВА І ЕВОЛ ЦІЯ ВСЕСВІТУ ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО
ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО
1. С арактеризуйте типи галактик за класи ікаці ю Га ла. им еліптичні
144
скупчень, називають над ку енн и а актик. Скупчення галактик у сузір ї іви центральним згу енням у над- скупченні галактик, у яке в одить і наша група галактик. а сьогодні виявлено лизько 60 галактик Місцевої групи, лизько 100 000 галактик у нашому міс- цевому надскупченні.
адскупчення і скупчення галактик утворюють у просторі волокноподі ні структури, о нагадують д олині стіль- ники (мал. 7.14).
озміри поро ні «осередків» станов- лять лизько 100 1 0 Мпк, тов ина
«волокон» лизько 10 Мпк. Середня густина речовини у «волокна » лизько 10 24 кг/м . Великомасшта на структура Всесвіту ма стільнико- вий вигляд. Середня густина світлої речовини в масшта а понад 00 Мпк дорівню 10 28кг/м . е і середн значення густини світлої речовини у спостере уваній частині Всесвіту, то то у велики масшта а Всесвіт у середньому однорідний.
2. Р Сукупність спостере увани галактик усі типів та ї ні скупчень, квазарів, мі галактичного середови а утво- рю Всесвіт. дна з найва ливіши властивостей Всесвіту його постій- не розширення, «розліт» скупчень галактик, про о свідчить червоне змі ення у спектра галактик. Всесвіт пере ува у стані при лизно одно- рідного й ізотропного розширення. днорідність означа однаковість усі властивостей матерії усюди у просторі, а ізотропія однаковість ци властивостей у удь-якому напрямку. днорідність свідчить про відсут- ність виділени о ластей простору, а ізотропія про відсутність виділе- ного напрямку. рипу ення про однорідність та ізотропність Всесвіту називають ко о о і ни рин и о .
Гіпотезу про розширення Всесвіту на основі загальної теорії тя іння йнштейна й точни розра унків висунув у 1922 р. російський ізик і математик ек андр рід ан (1888 192 ).
ерші нестаціонарні розв язки рівнянь йнштейна, які отримав уче- ний у 1922 1924 рр., дослід уючи релятивістські моделі Всесвіту, дали початок розвитку теорії нестаціонарного Всесвіту. Учений дослід ував нестаціонарні однорідні ізотропні моделі з простором позитивної кривиз- ни, заповненим рівномірно розподіленою матері ю (з нульовим тиском).
е стаціонарність розглянути моделей опису ться зале ністю радіуса кри- визни і густини від часу, причому густина зміню ться о ернено пропорційно до ку а радіуса кривизни. рідман з ясував типи поведінки таки моделей, о допускаються рівняннями тя іння, причому модель стаціонарного Все- світу йнштейна виявилася окремим випадком. Спростував думку про те,
о загальна теорія відносності вимага допу ення скінченного простору.
езультати рідмана продемонстрували, о рівняння йнштейна не при- водять до диної моделі Все світу, оч и якою ула космологічна стала.
моделі однорідного ізотропного Всесвіту виплива , о під час його роз- ширення спостеріга ться червоний зсув, пропорційний відстані. е під- твердив у 1929 р. Га л на підставі астрономічни спостере ень: спек- тральні лінії у спектра галактик виявилися змі еними до червоного кінця спектра, о свідчить про роз ігання галактик.
розра унків рідмана випливали три мо ливи наслідки: Всесвіт та його простір розширюються із часом Всесвіт через певний час почне сти- скатися у Всесвіті повторюються через величезні інтервали часу цикли Ìàë. 7.14. озподіл галактик у
про сторі
14
БУДОВА І ЕВОЛ ЦІЯ ВСЕСВІТУ
стискання і розширення. Виника запитання: ки тр о варіантів реа і у т с в на ому сесвіті Відповісти на нього ма спостере увана астрономія, яка повинна визначити сучасну середню густину речовини у Всесвіті й уточнити значення сталої Га ла. ому ва иво уто н вати
і дві ста і ве и ини
а сучасними оцінками, густина речовини Всесвіту на ли ена до кри- тичного значення: вона а о тро и ільша, а о тро и менша (не вирішено остаточно питання про о лік мі галактичного газу та «при ованої маси»).
Як о актична середня густина речовини у Всесвіті ільша від критич- ної, то розширення Всесвіту ма змінитися його стисканням. Як о середня густина речовини у Всесвіті менша від критичної, то розширення продов иться.
Стала Га ла да змогу оцінити час, протягом якого трива процес розширення Всесвіту. Визначено, о він становить не менше ні 10 млрд і не ільше ні 19 млрд років. айімовірніше значення середнього віку Всесвіту лизько 1 млрд років. е значення не суперечить оцінкам віку найстаріши зір.
3. М В основі сучасної астрономічної кар-
тини світу про еволюцію Всесвіту ле ить модель гарячого Всесвіту. Від- повідно до неї на ранні стадія розширення Всесвіт арактеризувався не тільки високою густиною речовини, але і його високою температурою.
Гіпотезу «гарячого Всесвіту» висунули ельгійський католицький свя е- ник, астроном і математик орж е етр (1894 1966) та американський
ізик-теоретик, космолог українського по од ення еор і а ов (1904 1968). Вона одер ала назву Ве ики Вибух.
Відповідно до ці ї теорії перед ача ться, о Всесвіт виник спонтанно в результаті ви у у зі стану з ду е високою густиною матерії та величез- ною енергі ю. ей початковий стан матерії називають ин у рні т – точковий о м з нескінченною густиною. озширення Всесвіту не мо на розглядати як розширення надгустої матерії у довколишн середови е, тому о його не існувало. Всесвіт це все, о існу . ечовина Всесвіту із самого початку однорідно заповнювала весь езме ний простір. ричи- ни початку розширення Всесвіту до кінця не відомі. У міру його розши- рення температура зни увалася від ду е великої до ду е малої, о й за езпечило сприятливі умови для утворення зір і галактик.
а підставі моделей рідмана уло розро лено поетапну ізичну кар- тину еволюції речовини, починаючи з моменту ви у у. ерез в після Великого Ви у у процес ормування раннього Всесвіту закінчився і почався процес сполучення протонів і нейтронів у складові ядра. отім май е 00 тис. років від увалося повільне о олод ення. Коли темпера- тура Всесвіту знизилася при лизно до тис. градусів, ядра Гідрогену і Гелію в е могли за оплювати вільні електрони й перетворюватися на нейтральні атоми.
ерез мільйон років після початку розширення настала ера речовини, коли з гарячої воднево-гелі вої плазми з малою домішкою інши ядер почало розвиватися різноманіття нинішнього світу.
еоднорідності у Всесвіті, з яки згодом виникли всі структурні утво- рення, зародилися у вигляді незначни випадкови від илень ( луктуа- цій). А потім підсилилися в епо у, коли йонізований газ у Всесвіті став перетворюватися в нейтральний, то то коли випромінювання «відірвало- ся» від речовини.
ісля того як речовина стала «прозорою» для електромагнітного випро- мінювання, у дію вступили гравітаційні сили. Вони стали перева ати над усіма іншими вза модіями мі масами практично нейтральної речовини, о складали основну частину матерії Всесвіту. Гравітаційні сили створи- ли галактики, скупчення зір і планети.
146
ка до сесвіту снують дві теоретичні моделі май утнього Всесві- ту закрита і відкрита. акрита модель припуска , о Всесвіт мо е ути представлений як грандіозна закрита система, о випро ову езліч еволюційни циклів. икл розширення зміню ться циклом наступного стискання до повернення в сингулярний стан, потім новий ви у то о.
овний цикл розширення та стискання Всесвіту становить при лизно 100 млрд років. оразу, повертаючись до сингулярності, Всесвіт втрача
«пам ять» про минулий стан і мо е знову «народитися» із зовсім новим на ором ізични констант.
У відкритих моделя Всесвіту розглядаються різні варіанти його «тепло- вої смерті». еред ача ться, о в е через 1014 років агато зір о олонуть, і це надалі приведе до відриву планет від свої зір, а ті, у свою чергу, поч- нуть залишати галактики. отім центральні частини галактик колапсу- ють, утворюючи чорні діри, унаслідок чого припинять сво існування.
ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО
1. пишіть просторовий розподіл галактик у Всесвіті. Який вік галактик і зір
2. У чому сутність теорії розширення Всесвіту
3. Яки висновків про стаціонарність Всесвіту дійшов рідман
4. о таке критична густина Всесвіту Як критична густина вза мопов я- зана з розширенням а о стисканням Всесвіту
5. пишіть модель гарячого Всесвіту.
6. пишіть основні ери в історії Всесвіту.
7. о розуміють під закритою та відкритою моделями Всесвіту ÐÎÇÂ’ßÇÓЄÌÎ ÐÀÇÎÌ
ада а . еякі теорії космологічни моделей перед ачають, о пов- ний Все світ ма розмір на агато ільший, ні спостере уваний. Які висновки із цього мо на зро ити
озв занн . еоретично ме а спостере уваного Всесвіту до одить до космологічної сингулярності, однак на практиці ме ею спостере ень реліктове випромінювання (космічне електромагнітне випромінювання з високим ступенем ізотропності та спектром). Саме воно (точніше, повер ня останнього розсіювання) найвіддаленішим о ктом Всесвіту, які спосте- рігаються сучасною наукою. а сьогодні спостере увана повер ня остан- нього розсіювання з ільшу ться в розміра так, о ме і Метагалактики з ільшуються і з ільшу ться маса спостере уваної речовини у Всесвіті.
Спостере уваний Всесвіт мо на уявити як кулю зі спостерігачем у центрі. озмір спостере уваного Всесвіту, вира ений у світлови рока відповіда віку рівномірного розширення простору і дорівню радіусу від 1 до 18 млрд світлови років. ричому останні визнані оцінки відпові- дають значенню 1 ,4 1 млрд світлови років.
ада а . азвіть три мо ливи варіанти розвитку Всесвіту, згідно з теорі ю рідмана.
ід овід а теорі ю рідмана, мо ливі три варіанти розвитку Все- світу: Всесвіт закритий, відкритий і пульсуючий. Спільне в ни те, о в якийсь момент часу в минулому (10 чи 20 млрд років тому) відстань мі сусідніми о ктами Всесвіту мала дорівнювати нулю. У цей момент, який називають Великим Ви у ом, густина Всесвіту і кривизна простору мали и ути нескінченно великими, то то Всесвіт мав и ути точкою, яку математики називають сингулярною. У цій точці всі сучасні закони ізики втрачають свою дію, а тому цю точку мо на розглядати як мате- матичний о раз нової ізичної реальності. роцес пере оду космічної матерії із цього «точкового» стану на стадію розширення і Великим Ви у ом. Від ці ї часової ме і почина ться історія нашого Всесвіту.
147
БУДОВА І ЕВОЛ ЦІЯ ВСЕСВІТУ
ада а . оясніть суть методу визначення відстаней до галактик за спектральними спостере еннями.
озв занн . Га л з ясував, о лінії у спектра відоми галактик змі- ені в червоний ік порівняно з тими самими лініями у спектрі неру омо- го о кта. з спостере ень уло встановлено, о швидкість віддалення галактик пропорційна відстані до ни : v = Hr, де H = 7 км/(с Мпк) стала Га ла. азом з тим v= c ∆λ
λ , де ∆λ змі ення дов ини світлової вилі λ у спектрі с швидкість світла у вакуумі. оді r = v = c∆λ
Hλ
H .
ÇÀÄÀ×І ÒÀ ÂÏÐÀÂÈ
7.1. Скільки разів за час свого існування Сонце о ернулося навколо центра Галактики
7.2.Визначте просторову швидкість ру у зорі, як о модулі променевої та тангенціальної складови відповідно рівні 0 й 2 км/с. ро іть креслення.
7.3. Які зорі в одять у плоску складову Галактики 7.4. Які структури мають галактики
7.5.Як за допомогою закону Га ла мо на виміряти відстань до Галак- тики7.6. и мо уть від уватися зіткнення галактик
7.7. о таке галактичний рік і який вік Сонця в галактични рока 7.8. а зоряному не і спостеріга мо темні туманності. авдяки чому ми ї ачимо, ад е такі туманності не випромінюють видимого світла
7.9. Як за допомогою спектрів мо на визначити відстань до далеки квазарів
7.10. Як мо на виміряти відстань до галактик за допомогою спала ів наднови зір
7.11. о таке реліктове онове випромінювання
7.12. Які промені з космосу мо на ачити із закритими очами 7.13. Яке випромінювання з космосу свідчить про Великий Ви у 7.14. Якою доля закритого Всесвіту
7.15. о чека в май утньому на відкритий Всесвіт 7.16. якої події почалося розширення Всесвіту
7.17. ро о свідчить реліктове випромінювання Всесвіту
7.18*. Галактика пере ува на відстані 100 млн пк. числіть, скільки років летить світло від неї до емлі.
7.19*. ому утворення ва ки імічни елементів не від увалося спо- чатку в молодому Всесвіті, а від ува ться тепер у надра зір
7.20*. якою швидкістю віддаля ться від нас галактика, яка пере у- ва на відстані 109 св. років від емлі
ÏÅÐÅÂІÐ ÑÂÎÞ ÊÎÌÏÅÒÅÍÒÍІÑÒÜ онтро ні за итанн
1. Яки імічни елементів най ільше у Всесвіті і коли вони утворилися 2. и однорідний Всесвіт
. Скінченний чи нескінченний Всесвіт 4. Який вік Всесвіту
. Які органічні речовини виявлено в космосі о зна і в і робити
в і розв зувати зада і з а троно і
1. ині наслідком Великого Ви у у спостере ний акт роз ігання галактик. ому не роз ігаються тако зорі в ме а одні ї, цілком кон- кретної галактики
148
2. У спектрі ду е віддаленої галактики спостерігають яскраві лінії в синьому діапазоні електромагнітного спектра, які в земни ла ораторія у цьому діапазоні дов ин виль не спостерігають. оясніть, про о це свідчить
зна о відбува т у В е віті
. Якому «космічному при ульцеві» встановлено диний у світі пам ят- ник і який посланець із космосу сам сво рідним пам ятником
4. Коли у Всесвіті не уде галактик
. и зворотний процес еволюції речовини у Всесвіті ÒÅÑÒÎÂІ ÇÀÂÄÀÍÍß
1. Слово «галактика» в перекладі з грецької означа ...
À умацький ля Á срі лястий шля Â чорний шля Ã велика дорога Ä Молочний ля
2. о міститься в центрі Галактики À зоряне скупчення
Á чорна діра Â червоний гігант Ã ілий карлик Ä чорна мара
3. Галактичний рік визнача ...
À період о ертання Галактики навколо осі
Á період о ертання Сонця навколо центра Галактики Â відстань, о про літа світло до галактики в Андромеді Ã період о ертання Галактики навколо центра світу
Ä період о ертання зір с еричної складової навколо центра Галак- тики
4. ермін «Велика Стіна» в астрономії означа ...
A зарод ення нови зір та планетни систем
Á величезне скупчення галактик у напрямку сузір їв іви і Волосся Вероніки
B о оронні споруди, які створили галактичні цивілізації Ã скупчення газу і пилу в мі галактичному просторі
Ä скупчення невідомої темної речовини, яка поглина світло дале- ки галактик
5. гідно із законом Га ла всі галактики розлітаються у різни напрям- ка . о розмі ено в центрі цього розширення
À емля
Á наша Галактика
 Галактика Ì 1 в сузір ї Андромеди à скупчення галактик у сузір ї іви
Ä центра не існу , о в езме ному Всесвіті відсутні центр та око- лиці
6. о означа в астрономії термін «Великий Ви у » À ви у нової зорі
Á ви у ядра галактики Â зіткнення галактик
149
БУДОВА І ЕВОЛ ЦІЯ ВСЕСВІТУ
à момент, коли почалося розширення космічно го простору Ä момент, коли утворилися галактики
7. Коли стався Великий Ви у À 10 років тому
Á 200 роки тому
 1 000 000 років до н. е.
à 1 млрд років до н. е.
Ä 1 000 000 000 років до н. е.
8. Коли утворилася Сонячна система À 6000 років до н. е.
Á 100 000 років до н. е.
 1 000 000 років до н. е.
à млрд років до н. е.
Ä 1 млрд років до н. е.
9. У якому місці космосу стався Великий Ви у À у центрі Всесвіту
Á у ядрі нашої Галактики
 у скупченні галактик у сузір ї іви
à скрізь, о галактики не летять відносно Всесвіту Ä в іншому вимірі за ме ами нашого Всесвіту 10. Ука іть середню температуру Всесвіту.
À 0 Ñ Á 0 К Â 270 Ñ Ã 2,7 К Ä 00 Ñ 00 К
1 0
Немає нічого більш хвилюючого, ніж пошуки життя і розуму у сесвіті. юдина не заспокоїться, поки не розгадає загадку свого походження. ля цього потрібно дізнатися таємницю народження сесвіту, вирішити проблему походження життя і зрозуміти природу розуму. строноми і фізики вивчають сесвіт, досліджують його походження та еволюцію. іологи і психологи вивчають живі істоти та розум.
походження життя хвилює всіх астрономів, фізиків, біологів, хіміків. На жаль, ми знаємо тільки одну форму життя білкову та лише одне місце у сесвіті, де це життя існує, планету емля. кби вдалося виявити інші населені планети, тоді загадку життя було б розгадано набагато швидше. якби на цих планетах були б розумні істоти... ух перехоплює, варто тільки уявити перший діалог з братами по розуму.
§ 3 . Л ДИНА У ВСЕСВІТІ. ПО УК ЖИТТЯ ЗА МЕЖАМИ ЗЕМЛІ
1. А І
иття одні ю з велики та мниць Всесвіту. а емлі різноманітні иві організми, але ми нічого не зна мо про інші орми иття на інши планета . Усі иві істоти народ ують дітей, а потім рано чи пізно поми- рають, то то ї ні тіла перетворюються в не иву матерію. Але на емлі
е ні то не спостерігав езпосередн зарод ення иви іологічни клі- тин з не иви імічни сполук. з цього приводу англійський іолог
рен і рік (1916 2004) висловився так: «Ми не ачимо шля у від пер- вісного ульйону до природного від ору. Мо на дійти висновку, о по о- д ення иття чудо, але це свідчить лише про наше незнання».
нтро ни рин и ми спостеріга мо Всесвіт таким, як ми його ачи- мо, о ми існу мо. Відкрита система о міню ться з довколишнім середо- ви ем енергі ю та ін ормаці ю.
м ін ормації, який з еріга тільки одна клітина ивого організ- му, 1022 102 іти. м ін ормації, яку з ерігають сучасні комп ютер- ні диски, у мільярди разів менший. авдяки комп ютерам на сучасному етапі розвитку нашої цивілізації тако спостеріга ться значне з ільшення потоку ін ормації, якою володі людство. а допомогою автоматични мі планетни станцій (АМС) ми почали з ирати ін ормацію на далеки планета та приступили до езпосередні пошуків позаземни орм ит- тя. мовірність існування иття на інши тіла Сонячної системи досить мала, тому сьогодні пошуки нови цивілізацій ведуться по лизу інши зір.
е одавно виявлено десятки темни супутників зір, о свідчить про існу- вання інши планетни систем, де мо уть ути досі невідомі цивілізації.
Контакти мі цивілізаціями, перш за все, означають о мін ін ормаці- ю. Як о у Всесвіті існують інші цивілізації і вони мають певний о сяг