3. Планеты, звезды, галактики
Мегамир, как нам уже известно, - это область бескрайних космических просторов. Его главными объектами, по современным представлениям, являются звезды и планеты. Почти все вещество Вселенной (97%) сосредоточено в звездах. Они представляют собой физические тела гигантских размеров. Для пояснения скажем, что диаметр Солнца, которое является небольшой звездой, равен приблизительно 1400000 км, в то время как диаметр Земли - это приблизительно 12700 км, то есть Солнце превосходит Землю по диаметру примерно в 110 раз. А это значит, что по объему оно больше нашей планеты приблизительно в миллион раз. Звезды - это плазменные космические объекты. Плазму часто называют четвертым состоянием вещества. Первые три - это твердое, жидкое и газообразное. Одним из различий между этими тремя состояниями является температура. Так, например, вода при одной температуре может быть льдом (то есть может находиться в твердом состоянии), при более высокой - водой (жидкое состояние), а еще при более высокой - паром (газообразное состояние). Под плазмой, чаще всего, понимается вещество с огромной температурой. Проще ее можно было бы назвать раскаленным газом. Таким образом, звезды - это очень горячие газовые тела колоссальных размеров.
В недрах звезд температура достигает примерно 10 миллионов градусов. При таких условиях ни макротела, ни молекулы, ни даже атомы существовать не могут. Электроны почти полностью или абсолютно все отделены от своих атомов. Такие атомы называются ионами. Лишившиеся электронов атомные ядра вступают во взаимодействия друг с другом, благодаря чему водород, имеющийся в изобилии в большинстве звезд, превращается при участии углерода в гелий. Эти и подобные ядерные превращения, называемые термоядерным синтезом, являются источником огромного количества энергии, уносимой излучением звезд. Те же силы, которые высвобождаются при взрыве водородной бомбы, образуют внутри звезды энергию, позволяющую ей излучать свет и тепло в течение миллионов и миллиардов лет. Звезды выступают в качестве своеобразной «кузницы атомов» или «плавильного тигля» Вселенной: основная эволюция (развитие) вещества в ней происходила и происходит в недрах звезд. Благодаря протекающим в них превращениям элементарных частиц образуются атомные ядра, а на окраинах и в окрестностях звезд, где температура намного ниже, возникают атомы, которые, как известно, взаимодействуя друг с другом, приводят к образованию молекул, а те, в свою очередь складываются в макротела (твердые, жидкие и газообразные).
Звезды существуют не изолированно, а в виде гигантских скоплений которые называются галактиками. В настоящее время астрономы насчитывают около 10 миллиардов галактик. Наша Солнечная система находится внутри одной из них. Эта Галактика состоит приблизительно из 120 миллиардов звезд (то есть в ней содержится 120 миллиардов космических тел, подобных Солнцу). Наша Галактика имеет форму утолщенного диска. Его диаметр равен 100 тысячам световых лет (то есть, чтобы попасть из одного конца нашей Галактики в другой, надо лететь 100 тысяч лет со скоростью света). Толщина галактического диска равна 1 500 световых лет. Этот диск можно сравнить с толстым стеклянным блюдцем. Если мы посмотрим на него сверху, то какую геометрическую фигуру увидим? Круг. А если посмотреть на утолщенное блюдце сбоку, то мы увидим широкую линию. Если это блюдце разрезать пополам и посмотреть на его разрез, то видна будет также широкая линия. На темном небосводе в безлунную и ясную ночь можно увидеть огромную, тянущуюся через все небо широкую полосу белесого цвета. Это Млечный Путь, глядя на который мы видим именно разрез нашего галактического диска. Кстати, название “Млечный Путь” означает молочный, потому что он белесого цвета, а греческое слово “galaktos” - это родительный падеж от слова “gala”, которое переводится на русский как “молоко”. Таким образом, Млечный Путь - это видимая часть нашей Галактики.
Солнце и его девять планет находятся на ее окраине. Солнечная система вращается вокруг ядра Галактики, делая полный оборот за 200 миллионов лет (так называемый галактический год). Ядро Галактики состоит из очень плотного огромного скопления звезд. В настоящий момент Солнце движется в той части галактического пространства где ядро закрыто от него пылевой туманностью (громадным облаком космической пыли). Через несколько миллионов лет Солнечная система выйдет из-за этой завесы и будет подвержена излучениям, идущим от ядра. Им будет подвергаться также и наша планета. Возможно, что если бы Земля не была защищена пылевой туманностью, а являлась открытой, то излучения галактического ядра влияли бы на состояние и развитие жизни на ней.
Галактики существуют не изолированно, а в виде скоплений, которые содержат в себе до нескольких тысяч отдельных галактик. Если, несмотря на огромные расстояния между галактиками (в десятки и сотни миллионов световых лет), провести сравнение между молекулами макротела и галактиками в скоплениях, то оказывается, что галактические скопления можно уподобить очень вязкой среде. Взаимодействующие скопления галактик образуют Метагалактику. Греческая приставка «meta» обозначает над, сверх, более и т.д., то есть Метагалактика - это Сверх - или Супергалактика. Она включает в себя все известные нам космические объекты. Вопрос о том, как соотносятся понятия “Метагалактика” и “Вселенная” является спорным. В силу одной гипотезы Метагалактика и Вселенная - это одно и то же. Однако, современная наука допускает возможность возникновения и существования множества других миров, или метагалактик кроме нашей Метагалактики, называемых внеметагалактическими объектами. Все они вместе с Метагалактикой и образуют Вселенную. Данное утверждение представляет собой вторую гипотезу.
В современном естествознании проблема рождения и эволюции звезд не имеет однозначного и общепризнанного решения. Согласно наиболее распространенной точке зрения звезды возникают из гигантских газово¬пылевых туманностей под действием гравитационных и электромагнитных сил.
Помимо звезд важными космическими объектами являются планеты. Они представляют собой твердые физические тела, которые по своим размерам и массе намного меньше звезд. Планеты имеют сложную внутреннюю структуру, включающую в себя ядро, литосферу (греч. lithos - камень) или твердую кору, а в ряде случаев - атмосферу и гидросферу. Звезды и планеты составляют планетные системы, одной из которых является Солнечная система. Поскольку вследствие огромных космических расстояний планетные системы других звезд ненаблюдаемы, то проблема происхождения планет рассматривается на примере Солнечной системы.
Первые гипотезы о ее происхождении были выдвинуты в разное время немецким философом Иммануилом Кантом и французским ученым Пьером Лапласом. Их предположения вошли в науку в качестве некой коллективной космогонической гипотезы Канта-Лапласа. Космогония (греч. kosmos - мир, или Вселенная и genesis - рождение, происхождение) - это наука о происхождении и эволюции как Вселенной, так и ее отдельных объектов. По гипотезе Канта-Лапласа Солнечная система образовалась из огромной газово¬пылевой туманности, находившейся во вращательном движении, в результате которого в ее центре возникло сгущение, позже превратившееся в Солнце. Продолжение вращательного движения привело к образованию вокруг Солнца других сгущений, ставших впоследствии планетами.
Иную гипотезу высказал в прошлом столетии английский физик Джеймс Джинс. По его предположению Солнце некогда столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырвана струя газа, которая, остывая и сгущаясь, преобразовалась со временем в планеты. Однако, колоссальные расстояния между звездами делают такое столкновение маловероятным. Кроме того, Солнечная система характеризуется упорядоченным устройством: все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и находятся почти в одной и той же плоскости, каждая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая. (Последовательность расположения планет от Солнца такова: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон). Учитывая эти закономерности строения Солнечной системы, трудно предположить, что планеты являются осколками космической катастрофы.
Позже была предложена еще одна гипотеза, которую выдвинули шведский физик Ханнес Альфвен и английский физик Фред Хойл. Они утверждают, что первоначальное газовое облако, из которого образовались Солнце и планеты, было сильно ионизированным (состояло из ионов) и поэтому было подвержено влиянию электромагнитных сил. После того, как из огромного газового облака посредством концентрации (сгущения) образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде - Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий газ на различных расстояниях - как раз там, где сейчас находятся планеты. Гравитационная и магнитная силы привели к сгущению этого газа, в результате чего образовались планеты. Вообще гравитационное и электромагнитное взаимодействия по современным научным представлениям обуславливают рождение и эволюцию не только планет, но также звезд и галактик, то есть, являются основными факторами многих процессов, происходящих во Вселенной. Все высказанные идеи относительно происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер. Назвать какую-либо из них достоверной (точной) современная наука не в состоянии. Дальнейшее исследование космогонических проблем остается делом будущего.
Помимо звезд и планет вещество Вселенной представлено также диффузной материей (лат. diffusio - распространение, растекание, рассеивание).
Она существует в виде разобщенных атомов и молекул, а также - гигантских облаков пыли и газа - газово-пылевых туманностей. Значительную долю материи во Вселенной занимают различные виды излучения. Следовательно космическое межзвездное пространство никоим образом не пусто.
Принимая во внимание безграничные масштабы Вселенной и бесчисленное множество заполняющих ее мегаобъектов, вполне можно предположить, что среди колоссального количества звезд могут быть звезды, подобные нашему Солнцу, которые, так же, как и оно, имеют свои спутники - планеты, некоторые из которых характеризуются наличием благоприятных для жизни условий. Таким образом, не исключено, что жизнь существует не только на планете Земля, и мы не одиноки во Вселенной. Причем вполне возможно, что жизнь в бескрайних просторах космоса может существовать как в менее развитых (вирусы и бактерии) формах, чем на Земле, так и в более совершенных, например, в качестве высокоразвитых, техногенных цивилизаций. По одной из гипотез жизнь на Земле является не следствием длительной естественной биохимической эволюции, а результатом сознательной деятельности представителей высокоразвитых цивилизаций, которые планомерно доставляют “семена” жизни на планеты с подходящими для этого условиями.
Проверьте себя
1. Что такое мегамир? Каковы его основные объекты?
2. Что представляют собой звезды? Какие физические процессы происходят в них? Почему звезды часто называют «кузницей атомов»?
3. Что такое галактики? Каковы основные характеристики нашей Галактики? Чем является видимый нами на ночном небосводе Млечный путь?
4. Что называется Метагалактикой? Являются ли понятия Метагалактика и Вселенная тождественными? Как образуются звезды по современным естественнонаучным представлениям?
5. В чем заключаются основные различия между звездами и планетами?
6. Какие гипотезы о происхождении Солнечной системы были высказаны в науке?
7. Какими еще видами представлена материя во Вселенной помимо звезд и планет?
