Солнце. Звезды. Галактики. Малые тела Солнечной системы.

Вопросы для рассмотрения:
1. Происхождение Вселенной
2. Галактики
3. Звезды
4. Солнце
5. Малые тела Солнечной системы

1. Происхождение Вселенной

Вселенная (космос) – это все, что существует: материя, пространство, энергия и время. В нее входят галактики, состоящие из звезд, планет и других космических тел.

Вселенная огромна и размеры ее представить невозможно.

Многие теории пытаются объяснить, как возникла Вселенная. Самая распространенная теория происхождения Вселенной – теория большого взрыва.

Бельгийский астроном Жорж Ламетр, изучавший звезды, высказал предположение, что 15 млрд. лет назад Вселенная была маленькой и очень плотной. В определенный момент произошел большой взрыв и вся материя, входившая в состав Вселенной, вырвалась наружу и с большой скоростью разлетелась во всех направлениях. Для определения этого явления используют выражение Big-Bang (большой взрыв). Современные галактики и по сей день движутся с определенной скоростью, что дает право утверждать о верности гипотезы.

Американский астроном Эдвин Хаббл изучил скорость разделения галактик и пришел к выводу, что большой взрыв мог произойти между 15 и 100 млрд. лет назад. Недавно, после долгих лет исследований, группа американских ученых, проанализировав данные, полученные космическим телескопом Хаббла, смогла подтвердить, что возраст Вселенной – 12 млрд. лет.

2. Галактики

Галактика образована совокупностью миллиардов звезд, звездной пыли и газов. Все эти объекты находятся в одной зоне пространства и вращаются вокруг общего центра. Это скопление звезд образовано из газов водорода, азота и углерода, кремния и многих излучений.

По форме и размерам галактики могут быть эллиптической формы, то есть в форме эллипса (сплющенного круга), в форме спирали или неправильной формы, формы шара, диска, и могут не иметь определенной формы. Согласно размерам их классифицируют как гигантские, средние и карликовые. Галактики образуют группы, но между ними существует расстояние в многие миллиарды километров. Звезды, образующие галактику, все вращаются вокруг ее центра. Ученые не знают, сколько галактик имеется во Вселенной, но уверены, что их миллиарды и что каждая из них состоит из сотни миллиардов звезд.

В галактике  можно выделить ядро, связанное с выделением энергии и выбросом вещества, спиральные рукава и скопления звезд. В галактике наблюдаются шаровые и рассеянные звездные скопления. Рассеянные – от нескольких десятков до нескольких тысяч звезд. Шаровые – сотни тысяч и миллионы звезд.

В галактиках наблюдаются туманности. Если они светятся, значит через них проходит свет расположенной позади яркой звезды. Туманности могут быть остатками взорвавшихся звезд или материалом для их создания.

Галактика настолько огромна, что трудно представить ее размеры. Например, Солнце является лишь крошечной звездой в галактике, называемой Млечным Путем. Она так называется, поскольку выглядит на небе как светящаяся полоса из белых точек, напоминающих нам о цвете молока. Ее можно видеть невооруженным глазом темной ночью.

Млечный путь – спиральная галактика. Имеет форму диска с выпуклостью посередине – ядром. Ядро – плотные скопления звездной пыли и звезд. Звезды располагаются по спиральным ветвям. Три ближайших к Земле ветви называют ветви Орина, Персея и Стрельца (по названию созвездий, в которых они просматриваются). Есть еще рукава Лебедя и Центавра. 

Наша Галактика Млечный путь состоит из 150 млрд. звезд, а размер ее достигает в ширину 100.000 световых лет (30 тыс парсек.). Диаметр центральной выпуклости составляет примерно 15.000 световых лет, а толщина диска – 3.000 световых лет. Солнце расположено на спирали Ориона. Примерно в 30.000 световых лет от центра. Чтобы обогнуть галактику, надо 225 млн. лет. Этот промежуток времени называется космическим годом.

Галактики образуют скопления. Самой близкой к нашей галактике является туманность Андромеды (чуть больше нашей). Млечный Путь и 20 другими галактик образуют скопление, называемое Местной (Локальной) группой. Сюда входят галактики Большое и Малое Магеллановы Облака (150 тыс. световых лет).

3. Звезды

 Звезда – пространственно обособленная, гравитационно связанная, непрозрачная для излучения масса вещества, в которой в значительных масштабах происходили, происходят и будут происходить термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Звезды на 95-98 % состоят из водорода и гелия.

Каждая звезда рождается из холодного облака водорода и звездной пыли (туманности). Материя под воздействием силы тяготения начинает вращаться и сжиматься. Центр туманности нагревается до миллионов градусов, при которых начинаются ядерные реакции. Ядра водорода превращаются в гелий. Производимая реакцией энергия высвобождается в виде тепла и света. Загорается новая звезда. Вокруг новых звезд наблюдаются остаточные газы и звездная пыль. Из этой материи образуются планеты.  

 

Все звезды имеют разные цвета, которые зависят от их температуры. Звезды, выделяющие большее количество тепла, - белые и голубые, имеющие среднюю температуру, - желтые и оранжевые, а красные обладают наименьшим теплом. Солнце относится к звездам средней температуры, поэтому оно желтое, когда же оно начнет гаснуть и войдет в свою последнюю фазу активности, то станет красной звездой, и в конце концов погаснет.

В зависимости от светимости и температуры различают: сверхгиганты, гиганты, главная последовательность, белые карлики.

Судьба звезд зависит от их величины.  Каждая звезда за свой период жизни вырабатывает определенный запас ресурсов водорода. У средней звезды происходит расширение внешних слоев и сжатие внутренних гелиевых. Звезда превращается в красного гиганта. Со временем внешние слои отходят в космическое пространство, обнажая ядро; и звезда превращается в  белого карлика. Постепенно звезда остывает, превращаясь в черного карлика из углерода.

Огромные по размеру звезды расходуют водород быстрее – за несколько миллионов лет. При истощении топлива они расширяются, превращаясь в сверхгигантов. Под действием тяготения происходит резкое сжатие ядра. Высвобожденная энергия приводит к взрыву материи. Это явление называется «рождение сверхновой звезды». Какое-то время сверхновая звезда сияет ярче других. Потом она превращается в нейтронную звезду (пульсар) с очень большой плотностью, состоящую из углерода, имеющую большую скорость вращения. Некоторые звезды настолько сжимаются, что превращаются в черную дыру – участок космического пространства с невероятно высокой гравитацией. Они поглощают все находящиеся космические тела и свет, поэтому не могут быть видны.

Звезды, расположенные в диске галактике – молоды. Они голубого цвета. В центре галактики расположены красные гиганты. Их возраст 12 млрд. лет. Ученые предполагают, что в центре галактики находятся черные дыры.

 

4. Солнце

Солнце – типичная звезда, представляющая собой огромный газовый шар из водорода и гелия. Водород является горючим и при горении превращается в гелий. Кроме этих двух газов, Солнце содержит многие элементы, образующие горные породы на Земле, но поскольку солнечная температура очень высока, они находятся не в твердом, а в газо­образном состоянии. Вращается Солнце вокруг своей оси. Полный оборот делает в среднем за 25, 4 сут.

Солнце вращается вокруг своей оси против часовой стрелки. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 83°. Но Солнце вращается не так, как вращаются твердые тела. На экваторе оборот совершается за 25 суток, а вблизи полюсов — за 30 суток. 

Солнце испускает в космическое пространство мощный поток излучения, который определяет условия существования космических тел нашей Солнечной системы.

Возраст – 5 млрд. лет.

Масса Солнца 2* 10³⁰ кг, превышает в 333000 раз массу Земли.

Радиус 7* 10⁸ м (696000 км, что в 109 раз больше радиуса Земли). 
Диаметр 1 млн. 390 тыс. км

Средняя плотность 1,4 * 10² кг/м³.

Объем в 1300000 раз больше, чем у нашей планеты.

  

Состав Солнца:

Водород 73,46% 

Гелий 24,85%

Кислород 0,77%

Магний 0,05%

Азот 0,09%

Кремний 0,07% 

Сера 0,04%

Углерод 0,029%

Железо 0,016%

Прочие вещества

 

Солнце имеет следующее строение:

1. Ядро. Оно очень плотное, в 13 раз превышает плотность свинца.  Радиус его менее 200000 км. Ядро раскалено до температуры 15 миллионов °С; плотное раскаленное вещество называется плазмой, состоящей из протонов. При такой высокой температуре происходит термоядерная реакция: 4 протона (ядра водорода) соединяются в ядро гелия (альфа-частица), при этом выделяется энергия – гамма-квант.
2. Зона переноса энергии излучением (зона лучистого равновесия).

Образованная в ядре энергия передается квантами в виде излучения. 

3.  Конвективная зона. В ней энергия передается еще и через вещество Солнца.
4. Фотосфера имеет толщину 300-500 км. Вследствие конвективного движения энергии на поверхности Солнца формируются гранулы  (отдельные зерна размером от несколько сотен до 1 тыс. км). Гранула – это поток горячего газа, поднимающийся вверх. В темных промежутках между ними находится холодный газ, опускающийся вниз. Гранула существует 5-10 мин, затем появляется новая. Температура фотосферы достигает 6000 К (кельвин, 1К=-273°С). Процесс образования гранул называется грануляция.
5. Хромосфера - наружный тонкий слой, окружающий фотосферу. Она имеет яркий красный цвет и наблюдается при полных затмениях в виде розового кольца, опоясывающего темный диск Солнца. Верхняя граница хромосферы постоянно волнуется, поэтому толщина ее колеблется от 10000 до 15000 км. В хромосфере наблюдается повышение температуры от 6000 до 10000 К.

 

6. За хромосферой находится корона, являющаяся наименее светящейся и плотной частью Солнца. Температура внешней части Солнца – 100.000 - 2 млн°С.  Корона видима при полных солнечных затмениях в виде окружающего Солнце серебристо-жемчужного ореола. В последнее время установлено, что она распространяется до пределов земной орбиты. Верхняя ее часть состоит из отдельных разреженных электронных облаков, которые находятся в магнитном поле Солнца. Они движутся от него и достигают верхних слоев атмосферы Земли, ионизируют и нагревают ее, оказывая тем самым влияние на климатические процессы Земли. 

Из короны происходит постоянно истечение плазмы, которое называется солнечным ветром, скорость его 300-80000 км/с. 

                                                      Солнечная активность 

Солнечная активность – совокупность физических изменений, происходящих на Солнце, - ритмически изменяется.
Солнечная энергия наружу вырывается в виде потоков плазмы (потоков раскаленных электронов и протонов), которую называют солнечным ветром.

 

Поведение солнечной плазмы и магнитное поле сказываются на активности Солнца, характеризующуюся вспышками и солнечными пятнами. Пятна образуются сильным магнитным полем – это участки более низкие по температуре (4.000°С). Размеры пятен в диаметре достигают 2000-3000 км. Они могут перемещаться и менять форму.

Вспышки – мощные проявления активности. При вспышке за несколько минут выделяется огромное количество энергии, усиливается яркость. Продолжительность вспышки от 20 мин. до 3 ч. Потоки плазмы, образующиеся во время вспышки, через сутки-двое достигают Земли, вызываю магнитные бури, полярные сияния и пр. явления.

Протуберанцы – огромные по объему облака раскаленного газа, по весу в млрд. тонн. Являются проявлением солнечной активности. Протуберанцы медленно меняют свою форму и могут существовать несколько месяцев. Протуберанцы во время вспышек могут подниматься до 1 млн. км в высоту и двигаются со скоростью несколько сотен км в секунду.

 Повышение солнечной активности наблюдается каждые 11 лет. Она влияет на процессы жизнедеятельности на Земле, скорость роста растений, психическое и физическое самочувствие людей, возникновение погодно-климатических аномалий, войн.

          5. Малые тела Солнечной системы.

      В космосе существуют и малые космические тела. Между орбитами Марса и Юпитера расположен пояс астероидов. Есть астероиды и за пределами Нептуна - пояс Койпера.

Астероиды –  это тела, имеющие диаметр между 100 и 1000 км. По сравнению с планетами и спутниками эти размеры малы. Астероиды встречаются  между планетами и следуют по своим орбитам. Первый астероид был открыт в 1810 г. итальянским ученым астрономом Джузеппе Пьяцци, который считал, что открыл комету.

В Солнечной системе известно 6.000 малых планет-астероидов. Самая крупная планета из астероидов – Церера. Ее диаметр около 1000 км. Некоторые планеты не превышают размеры в километр. Таких насчитывается около миллиона. Поверхность астероидов испещрена кратерами, а сами планеты имеют неправильную форму.

         Метеориты. Обломки астероидов – метеориты – движутся с большой скоростью, пока не попадут на какое-либо большое космическое тело. Метеориты бывают каменные, железные и железо-каменные.

Попадая в атмосферу космический мусор вызывает трение и сгорает. Летящие в атмосфере камни называют метеорами, а упавшими на землю – метеоритами. Взорвавшийся метеор – болид. При столкновении с поверхностью метеориты образуют кратеры. Чем больше плотность атмосферы, тем меньше вероятность образования кратера.

К числу малых тел Солнечной системы относят кометы.

Кометы — это тела, следующие по эллиптической орбите вокруг Солнца, иногда настолько удлиненной, что она почти уподобляется прямой линии. Ядро кометы состоит из ледяных глыб, камней, газов и пыли.  Комета не светится сама, а ярко освещается солнцем. Когда она подходит к Солнцу ближе, лед кометы плавится и превращается в воду. Потом вода начинает испаряться, увлекая за собой твердые частицы и газы.  За кометой вытягивается длинное облако пара и пыли (хвост). Оно тоже ярко освещается Солнцем. Обогнув Солнце, комета начинает удаляться. Она понемногу остывает. Вода снова превращается в лед. Хвост уменьшается, а потом пропадает вовсе.

Кометы следуют по орбитам, которые позволяют предсказать, когда их можно будет увидеть с Земли.