Вселенная и процессы в ней

 

 

 

Казанский Химико-Технологический Институт им. Кирова

Реферат на тему:

Выполнили: Студенты группы 93-83:

Булыгин А.В. и Андреев Н.С.

Город Казань 29 октября 2003 год.

Рассказывать про вселенную и процессы в ней можно очень много. Так как вселенная огромна то и процессов в ней очень много, да и тема очень интересна. Но так как у нас есть ограничение по количеству страниц, то я расскажу про самые интересные её процессы. Думаю, правильнее было бы начать с происхождения вселенной.

История Вселенной согласно стандартной модели

Большого взрыва

В нулевой момент времени Вселенная возникла из сингу­лярности. В течение первой миллионной доли секунды, когда температура значительно превышала 10¹²К, а плотность была немыслимо велика, должны были неимоверно быстро сменять друг друга экзотические взаимодействия, недоступ­ные пониманию в рамках современной физики. Мы можем лишь размышлять над тем, каковы были те первые мгнове­ния; например, возможно, что четыре фундаментальные силы природы были вначале слиты воедино. Однако есть основания полагать, что к концу первой миллионной доли секунды уже существовал первичный «бульон» богатых энергией («горя­чих») частиц излучения (фотонов) и частиц вещества. Эта самовзаимодействующая масса находилась в состоянии так называемого теплового равновесия.

В те первые мгновения все имевшиеся частицы должны были непрерывно возникать и аннигилировать. Любая материальная частица имеет некоторую массу, и поэтому для ее образования требуется наличие определенной «пороговой, энергии»; пока плотность энергии фотонов оставалась достаточно высокой, могли возникать любые частицы. Мы знаем также, что, когда частицы рождаются из гамма-излучения (фотонов высокой энергии), они рождаются парами, состо­ящими из частицы и античастицы, например электрона и позитрона. В условии сверхплотного состояния материи, характерного для раннего этапа жизни Вселенной, частицы и античастицы должны были тотчас же после своего рождения снова сталкиваться, превращаясь в гамма-излучение. Это взаимное превращение частиц в излучение и обратно продол­жалось до тех пор, пока плотность энергии фотонов превыша­ла значение пороговой энергии образования частиц.

Когда возраст Вселенной достиг одной сотой доли секун­ды, ее температура упала примерно до 10¹¹К, став ниже порогового значения, при котором могут рождаться протоны и нейтроны, но некоторые из этих частиц все-таки избежали взаимной аннигиляции со своими античастицами - иначе в современной нам Вселенной не было бы вещества! Через 1 с после Большого взрыва температура понизилась примерно до 10¹⁰К, и нейтрино, по существу, перестали взаимодейство­вать с веществом: Вселенная стала практически прозрачной для нейтрино. Электроны и позитроны еще продолжали аннигилировать и возникать снова, но примерно через 10с уровень плотности энергии излучения упал ниже и их порога, и огромное число электронов и позитронов превратилось в излучение в катастрофическом процессе взаимной аннигиля­ции, оставив после себя лишь незначительное количество электронов, достаточное, однако, для того, чтобы, объеди­нившись с протонами и нейтронами, дать начало тому количеству вещества, которое мы наблюдаем сегодня во Вселенной.

Судя по всему, должна была существовать некоторая диспропорция между частицами (протонами, нейтронами, электронами и т.д.) и античастицами (антипротонами, анти­нейтронами, позитронами и т. д.), так как все частицы (а не только все античастицы) исчезли бы в процессе аннигиляции. В окружающей нас части Вселенной вещества несравнимо больше, чем антивещества, которое лишь изредка встречается в виде отдельных античастиц.

Через 3 мин после Большого взрыва температура Вселен­ной понизилась до 10⁹К, и возникли подходящие условия для образования атомов гелия: на это были затрачены практиче­ски все имевшиеся в наличии нейтроны. Спустя примерно еще минуту почти все вещество Вселенной состояло из ядер водорода и гелия, находившихся примерно в той же количе­ственной пропорции, какую мы наблюдаем сегодня. Начиная с этого момента, расширение первичного огненного шара происходило без существенных изменений до тех пор, пока через 700000 лет электроны и протоны не соединились в нейтральные атомы водорода, тогда Вселенная стала прозрач­ной для электромагнитного излучения - возникло то, что сейчас наблюдают как реликтовое фоновое излучение.

После того как вещество стало прозрачным для электро­магнитного излучения, в действие вступило тяготение: оно начало преобладать над всеми другими взаимодействиями между массами практически нейтрального вещества, состав­лявшего основную часть материи Вселенной. Тяготение соз­дало галактики, скопления, звезды и планеты - все эти объекты образовались из первичного вещества, которое, в свою очередь, выделилось из быстро остывавшего и терявше­го плотность первичного огненного шара; тяготению же предстоит определить путь эволюции и исход жизни всей Вселенной в целом. Образо­вались ли галактики раньше первого поколения звезд или наоборот? Почему вещество сосредоточилось в дискретных образованиях - звездах, галактиках, скоплениях и сверхскоп­лениях, - когда Вселенная как целое разлеталась в разные стороны?

Есть два основных взгляда на проблему формирования галактик. Первый состоит в том, что в любой момент времени в расширяющейся смеси вещества и излучения могли суще­ствовать случайно распределенные области с плотностью выше средней. В результате действия сил тяготения эти области сначала отделились в виде очень протяженных сгустков вещества, в которых затем начался процесс фраг­ментации, приведший к образованию облаков меньших разме­ров, которые позднее превратились в скопления и отдельные галактики, наблюдаемые сегодня. Далее в этих меньших - галактических размеров - сгустках опять-таки под действием притяжения в случайных неоднородностях плотности нача­лось формирование звезд. Существует и другая точка зрения на ход развития событий: вначале из флукту­аций плотности в расширяющемся первичном шаре сформиро­вались многочисленные (малые) галактики, которые с течени­ем времени объединились в скопления, в сверхскопления и, возможно, даже в более крупные иерархические структуры.

Главным пунктом в этом споре является вопрос, имел ли процесс Большого взрыва вихревой, турбулентный, характер или протекал более гладко. Турбулентности в крупномасштаб­ной структуре сегодняшней Вселенной отсутствуют. Вселен­ная выглядит удивительно сглаженной в крупных масштабах; несмотря на некоторые отклонения, в целом далекие галакти­ки и скопления распределены по всему небу в высшей степени равномерно, а степень изотропности фонового излучения также довольно высока (выше, чем 1:3000).

Согласно общепринятой точке зрения, микроволновое фоно­вое излучение дает нам информацию о той эпохе, когда возраст Вселенной насчитывал примерно 700 000 лет, чему соответствует красное смещение около 1000. Самый далекий от нас квазар имеет смещение 3,6, т.е. наблюдаемый свет этого квазара был испущен им, когда возраст Вселенной составлял чуть меньше 2 млрд. лет. В промежутке времени от 700 000 до 2 млрд. лет во Вселенной должно было произойти многое, в том числе сформировались галактики.

Успешное объяснение ряда явлений с помощью модели Большого взрыва привело к тому, что, как правило, не вызывает сомнения реальность происхождения микроволново­го фонового излучения из расширяющегося первичного огнен­ного шара в тот момент, когда вещество Вселенной стало прозрачным. Возможно, однако, что это слишком простое объяснение. В 1978 г., пытаясь найти обоснование для наблю­даемого соотношения фотонов и барионов (барионы - «тяжелые» элементарные частицы, к которым, в частности, относятся протоны и нейтроны) - 10⁸:1, - М.Рис высказал предположение, что фоновое излучение может быть результа­том «эпидемии» образования массивных звезд, начавшейся сразу после отделения излучения от вещества и до того, как возраст Вселенной достиг 1 млрд. лет. Продолжительность жизни этих звезд не могла превышать 10 млн. лет; многим из них было суждено пройти стадию сверхновых и выбросить в пространство тяжелые химические элементы, которые ча­стично собрались в крупицы твердого вещества, образовав облака межзвездной пыли. Эта пыль, нагретая излучением догалактических звезд, могла, в свою очередь, испускать инфракрасное излучение, которое в силу его красного смеще­ния, вызванного расширением Вселенной, наблюдается сейчас как микроволновое фоновое излучение.

Поведав о теории возникновения вселенной, думаю, было бы глупо не рассказать о таком её процессе, как о возникновении её наикрасивейших «жителях» - звёздах.

Образование звезд

Рождение звезды длится миллионы лет и скрыто от нас в недрах темных облаков, так что этот процесс практически недоступен прямому наблюдению. Астрофизики пытаются исследовать его теоретически, с помощью компьютерного моделирования. Превращение фрагмента облака в звезду сопровождается гигантским изменением физических условий: температура вещества возрастает примерно в 10⁶ раз, а плотность в 10²⁰ раз. Колоссальные изменения всех характеристик формирующейся звезды составляют главную трудность теоретического рассмотрения ее эволюции. На стадии подобных изменений исходный объект уже не облако, но еще и не звезда. Поэтому его называют протозвездой (от греч. “протос” — первый).

В общих чертах эволюцию протозвезды можно разделить на три этапа, или фазы. Первый этап — обособление фрагмента облака и его уплотнение. Вслед за ним наступает этап быстрого сжатия. В его начале радиус протозвезды примерно в миллион раз больше солнечного. Она совершенно не прозрачна для видимого света, не прозрачна для инфракрасного излучения с длиной волны больше 10 мкм. Излучение уносит излишки тепла, выделяющегося при сжатии. Так что температура не повышается и давление газа не препятствует коллапсу. Происходит быстрое сжатие, практически свободное падение вещества к центру облака.

Однако по мере сжатия протозвезда делается все менее прозрачной, что затрудняет выход излучения и приводит к росту температуры газа. В определенный момент протозвезда становится практически непрозрачной для собственного излучения. Температура, а вместе с ней и давление газа быстро возрастают, сжатие замедляется.

Повышение температуры вызывает значительные изменения свойств вещества. При температуре в несколько тысяч градусов молекулы распадаются на отдельные атомы, а при температуре около 10 тыс. градусов, атомы ионизируются, т.е. разрушаются их электронные оболочки. Эти энергоемкие процессы на некоторое время задерживают рост температуры. Затем он возобновляется. Протозвезда быстро достигает состояние, когда сила тяжести практически уравновешена внутренним давлением газа. Но поскольку тепло все же понемногу уходит наружу, а иных источников, кроме сжатия, у протозвезды нет, она продолжает потихоньку сжиматься и температура в ее недрах все увеличивается.

Наконец температура в центре протозвезды достигает нескольких миллионов градусов, и начинаются термоядерные реакции. Выделяющееся при этом тепло полностью компенсирует охлаждение протозвезды с поверхности. Сжатие прекращается. Протозвезда становится звездой.

Но есть ещё много интересных явлений и процессов связанных со вселенной. Один из них это чёрные дыры. Они интересны всем, кто когда – либо смотрел фильмы про космические сражения, всем кто по ночам любит смотреть в небо и думать: «А, что же там далеко, далеко, сейчас происходит».

Итак, черные дыры.

Черные дыры вселенной

Сегодня астро­физики все больше убеждаются, что черные дыры - это реаль­ность.

Математические расчеты показывают - невидимые гиганты есть. Несколько лет назад группа американских и японских ас­трономов направила свой телескоп на созвездие Гончих Псов, на находящуюся там спиральную туманность М106. Эта галак­тика удалена от нас на 20 миллионов световых лет, но ее можно увидеть даже с помощью любительского телескопа. При внимательном изучении оказалось, что у туманности М106 есть одна редкая особенность - в ее центральной части существует природный квантовый генератор - мазер. Это газо­вые облака, в которых молекулы благодаря внешней «накачке» излучают радиоволны в микроволновой области. Мазер помогает точно определить свое местоположение и скорость облака, а в итоге - и других небесных тел.

Японский астроном Макото Мионис и его коллеги во время наблюдений туманности М106 обнаружили странное поведение ее космического мазера. Оказалось, что облака вращаются вокруг какого-то центра, удаленного от них на 0,5 светового года. Особенно заинтриговала астрономов особенность этого враще­ния: периферийные слои облаков перемещались на четыре мил­лиона километров в час! Это говорит о том, что в центре со­средоточена гигантская масса. По расчетам она равна 36 мил­лионам солнечных масс.

(Рис. 1 Галактика М87)

М106 - не единственная галактика, где подозревается черная дыра. В туманности Андромеды, скорее всего, тоже есть и примерно такая же по массе - 37 миллионов Солнц. Предполагается, что и в галактике М87

чрезвычайно интен­сивном источнике радиоизлучения - обнаружена черная дыра, в которой сосредоточено 2 миллиарда масс Солнца!

Советский физик Яков Зельдович и его американский коллега Эдвин Солпитер сообщили о разработанной ими модели. Модель показала: черная дыра притягивает газ из окружающего про­странства, и вначале он собирается в диск возле нее. От столкновений частиц газ разогревается, теряет энергию, ско­рость и начинает по спирали приближаться к черной дыре. Газ, нагретый до нескольких миллионов градусов, образует вихрь, имеющий форму воронки. Его частицы мчатся со скоро­стью 100 тысяч километров в секунду. В конце концов, вихрь газа доходит до «горизонта событий» и навечно исчезает в черной дыре.

Мазер в галактике М106, находится в газовом диске. Черные дыры, возникающие во Вселенной, судя по тому, что наблюдали американские и японские астрономы в спиральной туманности М106, обладают несравненно большей массой, нежели те, о которых говорит теория Оппенгеймера. Он рассмотрел случай коллапса одной звезды, масса которой не более трех солнечных. А как обра­зуются такие гиганты, которые астрономы уже наблюдают, объ­яснений пока нет.

Последние компьютерные модели показали, что газовое об­лако, находящееся в центре нарождающейся галактики, может породить огромную черную дыру. Но возможен и другой путь развития: скопление газа вначале распадается на множество боле мелких облаков, которые дадут жизнь большому числу звезд. По этой гипотезе черная дыра есть почти в каждой галак­тике, в том числе и в нашей, где-то в центре Млечного Пути.

(Рис. 2 Cygnus XI) Наблюдения так называемых систем двойных звезд, когда в телескоп видна лишь одна звезда, дают основание считать, что невидимый партнер - черная дыра. Звезды этой пары рас­положены так близко одна к другой, что невидимая масса «высасывает» вещество видимой звезды и поглощает его. В не­которых случаях удается определить время оборота звезды во­круг ее невидимого

партнера и расстояние до невидимки, что позволяет рассчитать скрытую от наблюдения массу.

Первый кандидат на такую модель - пара, обнаруженная в начале 70-х годов. Она находится в созвездии Лебедя (обозначена индексом Cygnus XI) и испускает рентгеновские лучи. Здесь вращаются горячая голубая звезда и, по всей ве­роятности, черная дыра с массой, равной 16 массам Солнца. Другая пара (V404) имеет невидимую массу в 12 солнечных. Еще одна подозреваемая пара - рентгеновский источник (LMCX3) в девять солнечных масс находится в Большом Магел­лановом Облаке.

Гипотезы и парадоксы

Общая теория относительности, как известно, предска­зала, что масса искривляет пространство. И уже через четыре года после опубликования работы Эйнштейна этот эффект был обнаружен астрономами. При полном солнечном затмении, про­водя наблюдения с телескопом, астрономы видели звезды, ко­торые на самом деле были заслонены краем черного лунного диска, покрывшего Солнце.

Астрономы теперь точно знают, что под влиянием «линзы тяготения», которую представляют собой тяжелые звезды и, прежде всего черные дыры, реальные позиции многих небесных тел на самом деле отличаются от тех, что нам видятся с Земли. Далекие галактики могут выглядеть для нас бесформен­ными и в виде «капсулы». Это означает: тяготение столь ве­лико и пространство так закручено, что свет проходит по кругу. Поистине там можно увидеть то, что происходит за уг­лом.

Вообразим совершенно невероятное: некий отважный космо­навт решил направить свой корабль к черной дыре, чтобы по­знать ее тайны. Что он увидит в этом фантастическом путеше­ствии?

По мере приближения к цели часы на космическом корабле будут все больше и больше отставать - это вытекает из тео­рии относительности. На подлете к цели наш путешественник окажется как бы в трубе, кольцом окружающей черную дыру, но ему будет казаться, что он летит по совершенно прямому тон­нелю, а вовсе не по кругу. Но космонавта ждет еще более удивительное явление: попав за «горизонт событий» и двига­ясь по трубе, он будет видеть свою спину, свой затылок...

Общая теория относительности говорит, что понятия «вовне» и «внутри» не имеют объективного смысла, они отно­сительны также, как указания «налево» или «направо», «вверх» или «вниз». Вся эта парадоксальная путаница с на­правлениями очень плохо согласуется с нашими повседневными оценками.

(Рис.3 Большая Туманность Ориона)

Как только корабль пересечет границу черной дыры, люди на Земле уже не смогут ничего увидеть из того, что там бу­дет происходить. А на корабле остановятся часы, все краски будут смешаны в сторону красного цвета: свет потеряет часть энергии в борьбе с гравитацией. Все предметы приобретут странные искаженные очертания. И, наконец, даже если эта черная дыра будет всего вдвое тяжелее, чем наше Солнце, притяжение станет столь сильным, что и корабль, и его гипо­тетический капитан будут вытянуты в шнурок и вскорости ра­зорваны. Материя, попавшая внутрь черной дыры, не сможет противостоять силам, влекущим ее к центру. Вероятно, мате­рия распадется и перейдет в сингулярное состояние. Согласно некоторым представлениям, эта распавшаяся материя станет частью какой-то иной Вселенной - черные дыры связывают наш космос с другими мирами.

Как и все тела в природе, звёзды не остаются неизмен­ными, они рождаются, эволюционируют и, наконец "умирают". Чтобы проследить жизненный путь звёзд и понять, как они стареют, необходимо знать, как они возникают. В прошлом это представлялось большой загадкой; современные астрономы уже могут с большой уверенностью подробно описать пути, ведущие к появлению ярких звёзд на нашем ночном небосводе.

Не так давно астрономы считали, что на образование звезды из межзвёздных газа и пыли требуются миллионы лет. Но в последние годы были получены поразительные фотографии области неба, входящей в состав Большой Туманности Ориона, где в течение нескольких лет появилось небольшое скопление звёзд. На снимках 1947г. в этом месте была видна группа из трёх звездоподобных объектов. К 1954г. некоторые из них стали продолговатыми, а к 1959г. эти

продолговатые образо­вания распались на отдельные звёзды - впервые в истории че­ловечества люди наблюдали, рождение звёзд буквально на гла­зах этот беспрецедентный случай показал астрономам, что звёзды могут рождаться за короткий интервал времени, и ка­завшиеся ранее странными рассуждения о том, что звёзды обычно возникают в группах, или звёздных скоплениях, оказа­лись справедливыми.

В результате тщательного изучения фотографий туманных участков Млечного Пути удалось обнаружить маленькие чёрные пятнышки неправильной формы, или глобулы, представляющие собой массивные скопления пыли и газа. Они выглядят чёр­ными, так как не испускают собственного света и находятся между нами и яркими звёздами, свет от которых они засло­няют. Эти газово-пылевые облака содержат частицы пыли, очень сильно поглощающие свет, идущий от расположенных за ними звёзд.

(Рис. 4 Рождение черной дыры.)

Если масса звезды в два раза превышает солнечную, то к концу своей жизни звезда может взорваться как сверхновая, но если масса вещества оставшегося после взрыва, всё ещё превосходит две солнечные, то звезда должна сжаться в плотное крошечное тело, так как гравитационные силы всецело подавляют всякое внутреннее сопротивление сжатию. Учёные полагают, что именно в этот момент катастрофический грави­тационный коллапс приводит к возникновению чёрной дыры.

Они считают, что с окончанием термоядерных реакций звезда уже не может находиться в устойчивом состоянии. Тогда для мас­сивной звезды остаётся один неизбежный путь - путь всеоб­щего и полного сжатия (коллапса), превращающего её в неви­димую чёрную дыру.

В 1939г. Р. Оппенгеймер и его аспирант Снайдер в Кали­форнийском университете (Беркли) занимались выяснением окончательной судьбы большой массы холодного вещества. Од­ним из наиболее впечатляющих следствий общей теории относи­тельности Эйнштейна оказалось следующее: когда большая масса начинает коллапсировать, этот процесс не может быть остановлен и масса сжимается в чёрную дыру. Если, например, не вращающаяся симметричная звезда начинает сжиматься до критического размера, известного как гравитационный радиус, или радиус Шварцшильда (назван так в честь Карла Шварц­шильда, которой первым указал на его существование). Если звезда достигает этого радиуса, то уже не что не может вос­препятствовать ей завершить коллапс, то есть буквально замкнуться в себе. Чему же равен гравитационный радиус? Строгое математическое уравнение показывает, что для тела с массой Солнца гравитационный радиус равен почти 3 км, тогда как для системы, включающей миллиард звёзд, - галактики - этот радиус оказывается равным расстоянию от Солнца до ор­биты планеты Уран, то есть составляет около 3 млрд. км.

Само название - чёрные дыры - говорит о том, что это класс объектов, которые нельзя увидеть. Их гравитационное поле настолько сильно, что если бы каким-то путём удалось оказаться вблизи чёрной дыры и направить в сторону от её поверхности луч самого мощного прожектора, то увидеть этот прожектор было бы нельзя даже с расстояния, не превышающего расстояние от Земли до Солнца. Действительно, даже если бы мы смогли сконцентрировать весь свет Солнца в этом мощном прожекторе, мы не увидели бы его, так как свет не смог бы преодолеть воздействие на него гравитационного поля чёрной дыры и покинуть её поверхность.

Согласно одному из трёх следствий теории Эйнштейна, покидая массивное тело, свет должен испытывать красное сме­щение, так как он должен испытывать красное смещение, так как он теряет энергию на преодоление гравитационного поля звезды. Излучение, приходящее от плотной звезды, подобной белому карлику - спутнику Сириуса А, - лишь слегка смеща­ется в красную область спектра. Чем плотнее звезда, тем больше это смещение, так что от сверхплотной звезды совсем не будет приходить излучения в видимой области спектра. Но если гравитационное действие звезды увеличивается в резуль­тате её сжатия, то силы тяготения оказываются настолько ве­лики, что свет вообще не может покинуть звезду. Таким обра­зом, для любого наблюдателя возможность увидеть чёрную дыру полностью исключена! Но тогда возникает во­прос: если она невидима, то как же мы можем её обнаружить? Чтобы ответить на этот вопрос, учёные прибегают к искусным уловкам. Руффини и Уиллер досконально изучили эту проблему и предложили несколько способов пусть не увидеть, но хотя бы обнаружить чёрную дыру. Начнём с того, что, когда чёрная дыра рождается в процессе гравитационного коллапса, она должна излучать гравитационные волны, которые могли бы пе­ресекать пространство со скоростью света и на короткое время искажать геометрию пространства вблизи Земли. Это иска­жение проявилось бы в виде гравитационных волн, действующих одновременно на одинаковые инструменты, установленные на земной поверхности на значительных расстояниях друг от друга. Гравитационное излучение могло бы приходить от звёзд, испытывающих гравитационный коллапс. Если в течение обычной жизни звезда вращалась, то, сжимаясь и становясь, всё меньше и меньше, она будет вращаться всё быстрее сохра­няя свой момент количества движения. Наконец она может дос­тигнуть такой стадии, когда скорость движения на её эква­торе приблизится к скорости света, то есть к предельно воз­можной скорости. В этом случае звезда оказалась бы сильно деформированной и могла бы выбросить часть вещества. При такой деформации энергия могла бы уходить от звезды в виде гравитационных волн с частотой порядка тысячи колебаний в секунду (1000 Гц).

Дж. Вебер установил ловушки гравитационных волн в Ар­гоннской национальной лаборатории вблизи Чикаго и в Мэри­лендском университете. Они состояли из массивных алюминие­вых цилиндров, которые должны были колебаться, когда грави­тационные волны достигнут Земли. Используемые Вебером де­текторы гравитационного излучения реагируют на высокие (1660 Гц), так и на очень низкие (1 колебание в час) час­тоты. Для детектирования последней частоты используется чувствительный гравиметр, а детектором является сама Земля. Собственная частота квадрупольных колебаний Земли равна од­ному колебанию за 54 мин.

Все эти устройства должны были срабатывать одновременно в момент, когда гравитационные волны достигнут Земли. Дей­ствительно они срабатывали одновременно. Но, к сожалению, ловушки включались слишком часто - примерно раз в месяц, что выглядело весьма странно. Некоторые учёные считают, что хотя опыты Вебера и полученные им результаты интересны, но они недостаточно надёжны. В настоящее время считается, что опыты Вебера ошибочны.

Роджер Пенроуз, профессор математики Биркбекского кол­леджа Лондонского университета, рассмотрел любопытный слу­чай коллапса и образования чёрной дыры. Он также допускает, что чёрная дыра исчезает, а затем проявляется в другое время в какой-то иной вселенной. Кроме того, он утверждает, что рождение чёрной дыры во время гравитационного коллапса является важным указанием на то, что с геометрией простран­ства-времени происходит нечто необычное. Исследования Пен­роуза показывают, что коллапс заканчивается образованием сингулярности, то есть он должен продолжаться до нулевых размеров и бесконечной плотности объекта. Последние условие даёт возможность другой вселенной приблизиться к нашей син­гулярности, и не исключено, что сингулярность перейдёт в эту новую вселенную. Она даже может появиться в каком-либо другом месте нашей собственной Вселенной.

О существовании метеоритов, знают, конечно же, многие, но то, что расскажу вам я далее, знают не многие. Итак, метеориты.

метеориты

Каменные и железные тела, упавшие на Землю из межпланетного пространства, называются метеоритами, а наука, их изучающая-метеоритикой. В околоземном космическом пространстве движутся самые различные метеороиды (космические осколки больших астероидов и комет). Их скорости лежат в диапазоне от 11 до 72 км/с. Часто бывает так, что пути их движения пересекаются с орбитой Земли, и они залетают в её атмосферу.

Явления вторжения космических тел в атмосферу имеют три основные стадии:

1. Полёт в разреженной атмосфере (до высот около 80 км), где взаимодействие молекул воздуха носит корпускулярный характер. Частицы воздуха соударяются с телом, прилипают к нему или отражаются и передают ему часть своей энергии. Тело нагревается от непрерывной бомбардировки молекулами воздуха, но не испытывает заметного сопротивления, и его скорость остаётся почти неизменной. На этой стадии, однако, внешняя часть космического тела нагревается до тысячи градусов и выше. Здесь характерным параметром задачи является отношение длины свободного пробега к размеру тела L, которое называется числом Кнудсена K_n. В аэродинамике принято учитывать молекулярный подход к сопротивлению воздуха при K_n>0.1.

2. Полёт в атмосфере в режиме непрерывного обтекания тела потоком воздуха, то есть когда воздух считается сплошной средой и атомно-молекулярный характер его состава явно не учитывается. На этой стадии перед телом возникает головная ударная волна, за которой резко повышается давление и температура. Само тело нагревается за счет конвективной теплопередачи, а так же за счет радиационного нагрева. Температура может достигать несколько десятков тысяч градусов, а давление до сотен атмосфер. При резком торможении появляются значительные перегрузки. Возникают деформации тел, оплавление и испарение их поверхностей, унос массы набегающим воздушным потоком (абляция).

3. При приближении к поверхности Земли плотность воздуха растёт, сопротивление тела увеличивается, и оно либо практически останавливается на какой-либо высоте, либо продолжает путь до прямого столкновения с Землёй. При этом часто крупные тела разделяются на несколько частей, каждая из которых падает отдельно на Землю. При сильном торможении космической массы над Землёй сопровождающие его ударные волны продолжают своё движение к поверхности Земли, отражаются от неё и производят возмущения нижних слоёв атмосферы, а так же земной поверхности.

Процесс падения каждого метеорита индивидуален. Нет возможности в кратком рассказе описать все возможные особенности этого процесса.

Думаю, теперь стоит перейти к следующему этапу рассказа о «Вселенной и процессах в ней» - это конечто-же кометы.

Кометы

Для неастронома комета это расплывчатый объект на небосводе. Большинство людей не проявляют к ним особого интереса. Для астронома де комета – это замерзшее тело состоящие из разнообразных оледенелостей и пыли, или как сказал астроном Фред. Впил, это «грязный снежок». Что же делает кометы настолько интересными для астрономов? Вот несколько причин: Они не предсказуемы. Кометы могут внезапно вспыхивать или уходить из виду на часы. Комета может потерять свой хвост или развить множество хвостов. Иногда они даже могут разделяться на две или более части, так что через телескоп, можно увидеть, как несколько комет двигаются по небу одновременно.

Кометы представляют одни из самых древних, практически нетронутые, объекты Солнечной системы. Кажется, что их определённые композиции представляют первоначальный вид обширной туманности, которая в последствии, конденсируясь, образует звёзду и планеты. В последние годы было обнаружено, что кометы «подточили» прогресс жизни на Земле. Многие астрономы считают, что столкновения комет с Землёй принесли большое количество воды, которая сейчас составляет земные океаны. Эти океаны дали возможность жизни подняться на ноги. С другой стороны динозавры ­– это яркий пример как столкновении комет с землёй могут нести вымирание некоторым формам жизни. Рассуждая логически можно прийти к выводу, что и иные периоды массового вымирания могли стать следствием таких столкновений. Какая бы была на Земле жизнь, если бы эти столкновения никогда не случились?

Кометы как машины времени. Это очень захватывающе наблюдать за кометой, например за кометой Галилея с периодом в 75 лет, и думать какая была жизнь, когда эту комету последний раз наблюдали. Такие же мысли наполняют твой разум, когда наблюдаешь за кометами, что путешествовали по небесам Земли сотни, тысячи или даже миллионы лет назад.

Не в таком далёком прошлом, кометы считались плохим предзнаменованием. Древние письмена Китая и Европы трёхтысячелетней давности говорят о случайных великих кометах пролетающих по небосводу и ужасных событиях, которые, по мнению людей того времени, случались по вине этих комет. В не столь отдалённые времена устные предания коренных жителей Северной и Южной Америки, как и Тихоокеанских Островитян, говорят о том, что кометы были ужасным зрелищем. Вообще, различные общества клеймили кометы за войны, землетрясения, эпидемии и даже смерти вождей.

Что такое Комета?

Комета – это в основном шар изо льда и пыли. Обычно комета менее десяти километров в диаметре. Большинство их времени они проводят в замороженном состоянии за пределами нашей солнечной системы. Рисунок, приведённый ниже, показывает все компоненты кометы. На данной стадии обсуждения комета – это не более чем ядро. За исключением нескольких предположительно мёртвых комет и парочки подозрительных астероидов, которые случайно показывают испускания газа как комета, ядро обычно не видно с Земли. К тому моменту, когда комета становиться видна с земли, она обычно становиться точкой.

Гидрогенная корона

Точка

Ядро

Хвост пыли Хвост газа

Ядро.

После того как космический телескоп Гитто сфотографировал ядро кометы Галлеи в 1986 году, мы знаем что ядро кометы вероятно, имеет поверхность, которую точнее будет описать как чёрную корку. Так же длинны кометы Галлеи около 12 км, и так же считается что её ядро от 1 до 50 км в диаметре. Комета Хаила-Боппа в 1997 году имела ядро радиусом около 40 км в диаметре.

Чёрная корка ядра помогает комете сохранить теплоту и за её счёт превратить некоторые обледенелости под коркой в газ. Под давлением изнутри безоблачный, но замёрзший ландшафт начинает взбучиваться в некоторых местах. И как следствие наиболее слабые области корки разрушаются под давлением, и газ выстреливает как гейзер. Астрономы называют это струёй. Любая пыль, что смешалась с газом так же выбрасывается. Чем больше появляется струй, оболочка из разреженного газа и пыли формирует точку.

Кометы Галлеи сфотографированной телескопом Гитто в 1986 году. Обратите внимание на активные области, которые выбрасывают пыль и газ в космическое пространство. Это потом образует точку.

Это рисунок области окружающей ядро кометы Хаила Боппа в 1997году 10-го Марта. Здесь видны интенсивные испускания или струй выходящих из ядра.

Точка.

Комета может обычно иметь точку диаметром в несколько тысяч километров, в зависимости от расстояния кометы от Солнца и размеров ядра. Последнее играет приоритетную роль. Одна из величайших комет в истории была Великая Комета 1811 года, которая была ещё упомянута в романе Льва Толстого «Война и мир». Это была одна из немногих комет открытых в истории, что была открыта с помощью относительно маленького телескопа и в необычно большом расстоянии от Солнца, более половины орбиты Юпитера. Ядро было примерно 30 – 40 км. В один момент в сентябре-октябре 1811 года точка достигла диаметр по грубым подсчётам эквивалентный диаметру Солнца.

Даже если точка станет довольно большой по размерам, она может резко уменьшиться примерно к пересечению орбиты Марса. На таком расстоянии излучение Солнца будет достаточным для того, что бы буквально сдувать газ и пыль с ядра и точки. Этот разрушительный процесс ответственен за создание хвоста кометы, наиболее известной её части.

Хвост.

Когда комета влетает в орбиту Земли, у неё потенциально большой хвост. Текущий рекорд хвоста кометы – это хвост Великой кометы 1843 года. Его длина составила более 250 миллионов километров. Это значит, что если мысленно поместить саму комету в центр Солнца, то хвост бы пересёк орбиту Марса!

От куда кометы приходят?

Наша Солнечная Система начинала как обширное облако газа и пыли. Это облако медленно вращалось вокруг очень юного Солнца и частицы внутри этого облака сталкивались друг с другом. Во время этих столкновений некоторые частицы исчезали, некоторые росли в размерах, и позже должны были стать планетой.

Во время этого раннего периода, кометы должно бы наполняли Солнечную систему. Их столкновения с молодыми планетами играли основную роль в их развитии и росте. Обледенелости комет становились основным материалом зарождающийся атмосферы планет, и учёные сейчас глубоко убеждены, что кометы принесли на Землю Воду, которая породила жизнь.

Спустя года кометы уже не наполняют нашу Солнечную систему, как это было 4 миллиарда лет назад. В телескопы на сегодняшний день можно увидеть 10-20 комет за раз. Большинство комет сейчас расположены за пределами Солнечной системы. В основном в Oort облаке и Kuiper поясе. Оорт облако – это всего лишь гипотеза, т.к. его ещё никто не видел. Но предположительно там существует около триллиона комет и за счёт столкновений и притяжения звёзд некоторые вылетают из неё – и некоторые из тех, что вылетели, могут пересечь Солнечную систему.

СВЕРХНОВАЯ.

В заключении хочу рассказать про случай произошедший около семи тысяч лет назад. В отдалённом уголке космического пространства внезапно взорвалась звезда, сбросив с себя наружные слои вещества. Сравнительно большая и массивная звезда вдруг столкнулась с серьёзной энергетической проблемой - её физическая целостность оказалась под угрозой. Когда была пройдена граница устойчивости, разразился захватывающий, чрезвычайно мощный, один из самых катастрофических во всей Вселенной взрывов, породивший сверхновую звезду.

Шесть тысяч лет мчался по космическим просторам свет от этой звезды из созвездия Тельца и достиг, наконец, Земли. Это случилось в 1054г. В Европе наука была тогда погружена в дрему, и у арабов она переживала период застоя, но в другой части Земли наблюдатели заметили объект, величественно сверкающий на небе перед восходом Солнца.

Четвёртого июля 1054г. китайские астрономы, вглядываясь в небо, увидели светящийся небесный объект, который был много ярче Венеры. Его наблюдали в Пекине и Кайфыне и назвали "звездой-гостьей". Это был самый яркий после Солнца объект на небе. В течение 23 дней, вплоть до 27 июля 1054г., он был виден даже днём. Постепенно объект становился слабее, но всё же оставался видимым для невооружённого глаза ещё 627 дней и, наконец, исчез 17 апреля 1056г. Это была ярчайшая из всех зарегистрированных сверхновых - она сияла как 500 млн. Солнц. Если бы она находила от нас на таком расстоянии, как ближайшая к нам звезда альфа Центавра, то даже самой тёмной ночью при её свете мы могли бы свободно читать газету - она светила бы значительно ярче, чем полная Луна.

Вот такие интересные явления таит от нас вселенная. Мы уже много знаем по сравнению с временами, указанными выше, но до сих пор мы не знаем ещё более многого. Но человек существо любопытное и он будет пытаться познать всё, что происходит вокруг него. И без сомнения мы узнаем ещё больше интересных тайн вселенной.