Šta je u svemiru i kako funkcionira. Hemijski sastav materije u svemiru Evolucija materije i prosječni hemijski sastav svemira

geologija - Nauka o Zemlji (grč. Ge - Zemlja, logos - učenje). U ne tako dalekoj prošlosti, sve do kraja 19. veka, geologija je predstavljala jedinstvenu nauku o nastanku Zemlje i njenih tvrdih spoljašnjih omotača, njihovom sastavu, istorijskom razvoju, unutrašnjoj strukturi i organskom svetu. Ogroman interes za Zemlju, povezan s potrebom traženja sirovina za uspješnu industriju, doveo je do brzog rasta geološkog znanja. U geologiji su se delovi o sastavu Zemlje, njenoj istoriji, reljefu, organskom svetu i dr. počeli odvajati, a zatim su se pretvorili u samostalne nauke. Hajde da navedemo ove nauke.

litologija - nauka o sastavu, strukturi, teksturi i porijeklu sedimentnih stijena. Savremena litologija se sastoji od tri dijela. Prvi obuhvata metode i tehnike terenskih i laboratorijskih istraživanja. Drugi, u okviru petrografije sedimentnih stijena, proučava mineralni i hemijski sastav, strukturu i teksturu stijena. Treći dio, sedimentološki, analizira opći tok i zakonitosti sedimentnog procesa.

geohemija - nauka o hemijskom sastavu Zemlje, zakonima obilja i distribucije hemijskih elemenata u njoj i njihovoj migraciji.

mineralogija - nauka o mineralima, hemijskim spojevima elemenata koji čine osnovu čvrste ljuske Zemlje.

Kristalografija- nauka o kristalnom obliku minerala. Ova nauka je neraskidivo povezana sa mineralogijom.

Petrografija - nauka koja proučava stijene nastale u geološkim procesima unutar Zemlje.

geofizika - nauka o fizičkim svojstvima Zemlje i supstanci od kojih se sastoji.

Inženjerska geologija - grana geologije koja proučava fizička svojstva stijena u vezi s ljudskim inženjeringom.

Mineralna geologija - dio geologije koji proučava uslove formiranja i obrasce distribucije mineralnih naslaga.

hidrogeologija - nauka o podzemnim vodama, njihovom kvalitetu, distribuciji, kretanju i mjestima mogućeg vađenja.

geotektonika - nauka o strukturi, kretanju deformacija i razvoju tvrdih vanjskih omotača Zemlje u vezi s njenim razvojem u cjelini.

Strukturna geologija - nauka o oblicima nastanka rudarskih radova, razlozima njihovog nastanka i istoriji razvoja.

paleontologija - nauka koja proučava floru i faunu prošlih geoloških era iz fosilnih ostataka.

Sve ove geološke nauke usko su povezane sa prirodnim - hemijom, fizikom, biologijom i matematikom.

KRATKA ISTORIJA GEOLOGIJE

Vekovna istorija geologije započela je pojavom čoveka.

Prvi koncepti geologije pojavili su se u davna vremena, od vremena kada je osoba prvi put uzeo kamen u ruke, napravio prvu kamenu sjekiru, vrh za oružje za bacanje...

Uprkos činjenici da je geologija bila na početku svog puta, već tada su se odredili pravci pogleda na razvoj Zemlje.

1. Katastrofizam- sistem gledišta, prema kojem je razvoj Zemlje niz katastrofa. To su vulkanske erupcije, zemljotresi, padajući meteoriti, poplave - sve su to glavni događaji koji mijenjaju lice Zemlje.

2. Neptunizam- (Neptun - bog mora starih Grka) - doktrina prema kojoj je sve na Zemlji nastalo od vode.

3. Plutonizam- (Pluton u grčkoj mitologiji je bog podzemnog svijeta) - smjer u pogledima na razvoj Zemlje, povezan isključivo s njenim utrobom.

Međutim, vremenom nastanka geologije kao nauke smatra se druga polovina 18. stoljeća - period nastanka i brzog razvoja rudarske industrije.

U Rusiji se to ogledalo u intenzivnom gomilanju geoloških znanja primenjene vrednosti o nalazištima ruda gvožđa i bakra, nalazištima srebra i olova na Uralu, Altaju i Transbajkaliji, autohtonog sumpora u Ukrajini, obojenog kamenja na Uralu.

Osnivač generalizacije geoloških znanja u Rusiji bio je M. Lomonosov, au zapadnoj Evropi - D. Getton i A.G. Werner.

M. Lomonosov, sumirajući raštrkano znanje o mineralogiji, rudarstvu, fizici i hemiji prirodnih fenomena, iznio je ideju o formiranju zemljine površine zbog interakcije unutrašnjih i vanjskih sila, izračunao je debljinu zemljine kore , objasnio je porijeklo minerala i stijena.

Zapažanja paleontoloških ostataka u zbirkama pristiglim sa područja evropske Rusije omogućila su postavljanje temelja metode aktualizma (svi fenomeni prošlosti odvijali su se na isti način kao što se slični fenomeni odvijaju i sada) „Na slojevima zemlja." U ovom radu izložio je osnovne ideje teorije evolucije, koje je kasnije razvio engleski naučnik C. Lyell. Veliki M. Lomonosov je svojim radovima postavio temelje geološke doktrine, na kojoj je kasnije izrasla građevina geološke nauke.

Po prvi put, akademska istraživanja su istakla primarnu ulogu opreznosti terensko istraživanje. Tako je spor oko temeljnog uzroka geoloških procesa riješen u korist "plutonista". Negirajući ideje "katastrofista", evolucijski geolozi na prijelazu iz 18. u 19. stoljeće otvorili su put razvoju istorijske i dinamičke geologije.

Ruski akademik P.S. Pallas, Saxon A.G. Werner, njemački naučnik L. Buch, Englez R.I. Murchison je, kao rezultat prikupljanja i analize velike količine materijala do 1850. godine, stvorio preduslove za nastanak nauke. geotektonika. Doktrinu "pokretnih" geosinklinala i "stabilnih" platformi razvili su u to vrijeme J. Hall, J. Dan, A.P. Karpinsky i drugi.

U isto vrijeme, metode fizike, optike i matematike imaju široku primjenu u geologiji.

G. Sorby i G. Rosenbusch koristili su optički mikroskop za proučavanje stijena. E.S. Fedorov je izumeo univerzalni stepen za merenje optičkih svojstava minerala. D. Pratt i J. Erie su pioniri u korištenju geofizičkih podataka. Razvili su teoriju izostazija(1855), prema kojem je zemljina kora skoro svuda u gravitacionoj ravnoteži.

Napredak u geološkom kartiranju u drugoj polovini 19. stoljeća stvorio je preduslove za geološka generalizacija za pojedine regije, zemlje i kontinente. Godine 1875. stvorena je međunarodna organizacija geologa, Međunarodni geološki kongres (IGC), gdje su se na sjednicama raspravljali o rezultatima geoloških istraživanja, principima međunarodne saradnje u objedinjavanju geoloških karata, nomenklaturi stijena, stratigrafiji. razvijene su divizije itd.

U Rusiji je 1882. godine stvoren Geološki komitet za planiranje i usmjeravanje geoloških istraživanja na teritoriji Rusije. Na čelu ovog odbora bio je A.P. Karpinsky.

Istraživanja u centralnoj Aziji povezana su sa imenom I. Mushketova. V.A. Obručev je proučavao Centralnu Aziju i Istočni Sibir. Takvi poznati naučnici kao što su A.E. Fersman i V.I. Vernadsky.

Radovi I.M. Gubkin. On je dao pozitivnu ocjenu perspektiva naftnog i gasnog potencijala Sjevernog Kavkaza, Uralsko-Volga regiona i Zapadnog Sibira.

Međunarodni geološki kongresi 1937. i 1984. u SSSR-u svjedoče o rastućem prestižu sovjetske geološke nauke.

Vinogradov, Khain, Strakhov, Shatsky i drugi naučnici igrali su važnu ulogu u geološkim istraživanjima.

Kontrolna pitanja:

1. Navedite glavne pravce u pogledima na razvoj Zemlje.

2. Koje godine je osnovana međunarodna organizacija geologa - Međunarodni geološki kongres (IGC)?

3. Koje godine je osnovan Geološki komitet u Rusiji?

Predavanje 2. STRUKTURA I NASTANAK Univerzuma.

STRUKTURA NAŠE GALAKSIJE

Pitanja za predavanje:

1. Formiranje Univerzuma.

2. Hemijski sastav svemira.

3. Zemlja kao planeta Sunčevog sistema.

4. Oblik i veličina Zemlje.

5. Struktura Zemlje. Zemljina površina.

6. Metode proučavanja unutrašnje strukture Zemlje.

7. Vanjske i unutrašnje geosfere Zemlje.

8. Nastanak zemljine kore.

Predmet proučavanja geologije je planeta Zemlja. Za njegovo proučavanje potrebno je znanje i o drugim planetama, zvijezdama, galaksijama, budući da su svi u određenoj interakciji od trenutka pojavljivanja u Univerzumu. Stoga je naša planeta samo čestica svemira.

EDUKACIJA UNIVERZUMA

Univerzum je nastao prije otprilike 18-20 milijardi godina. Do tog vremena, sva njegova supstanca bila je u uslovima visokih temperatura i gustina, koje savremena fizika ne može da opiše. Ovo stanje materije se naziva "singularno". Teoriju širenja svemira, ili "Velikog praska", prvi je stvorio u Rusiji A.A. Friedman 1922. Suština teorije: supstanca u singularnom stanju je doživjela naglo širenje, što se općenito može usporediti s eksplozijom. Pitanje koje se stalno postavlja "Šta se dogodilo prije Velikog praska", prema engleskom fizičaru S. Hoginsu, je metafizičke prirode. Prethodno stanje nije naknadno ni na koji način uticalo na sadašnji Univerzum.

HEMIJSKI SASTAV Univerzuma

Hemijski sastav Univerzuma je ¾ vodonika i ¼ helijuma po masi. Svi ostali elementi ne prelaze ni 1% u sastavu Univerzuma. Teški elementi pojavili su se u svemiru mnogo kasnije, kada su, kao rezultat termonuklearnih reakcija, zvijezde "zasvijetlile", a prilikom eksplozija supernove bile su bačene u svemir.

Šta budućnost može donijeti za svemir? Odgovor na ovo pitanje leži u utvrđivanju prosječne gustine Univerzuma. Gustoća struje je 10 -29 g / cm 3, što je 10 -5 jedinica atomske mase u 1 cm 3. Da biste zamislili takvu gustoću, trebate rasporediti 1 g tvari preko kocke sa stranom od 40 hiljada km!

Ako je prosječna gustina jednaka ili malo manja kritična gustina, Univerzum će se samo širiti, ali ako je prosječna gustoća veća od kritične, tada će širenje Univerzuma prestati s vremenom i on će se početi skupljati, vraćajući se u singularno stanje.

Otprilike milijardu godina nakon Velikog praska, kao rezultat kompresije ogromnih oblaka plina, počele su se formirati zvijezde i galaksije - jata miliona zvijezda. Svaka zvijezda nastaje kao rezultat kolapsa kosmičkog oblaka plina i prašine. Kada kompresija u centru strukture dovede do vrlo visokih temperatura, nuklearne reakcije počinju u središtu "gomile"; transformacija vodika u helijum uz oslobađanje ogromne energije, zbog čijeg zračenja zvijezda svijetli. Helijum se zatim pretvara u ugljenik.

ZEMLJA KAO PLANETA SUNČEVOG SISTEMA

Zemlja je dio Univerzuma i naš solarni sistem je jedan od 100 milijardi. zvijezde u zvjezdanoj galaksiji, koja je stara oko 12 milijardi. godine. Starost Sunčevog sistema, kojem pripada Zemlja, je oko 6 milijardi. godine.

U Sunčevom sistemu postoji devet planeta. Na planete zemaljski uključuju Merkur, Veneru, Zemlju i Mars, na vanjske planete- Jupiter, Saturn, Uran, Neptun i Pluton. Poluprečnik Sunčevog sistema je 5,917 milijardi km (od Zemlje do Sunca je 149,509 miliona km).

Zemaljske planete su relativno guste, ali su relativno male veličine i mase. Merkur nema atmosferu, ostale planete ovog tipa je imaju, a na Marsu je atmosfera bliska Zemljinoj.

Spoljašnje planete su ogromne veličine i mase, ali su relativno male gustine. Atmosfere ovih planeta se prvenstveno sastoje od metana i amonijaka.

Dakle Sunce. Njegova masa je 99,87% mase sistema. Najveća planeta, Jupiter, ima masu od 0,1% mase sistema. Sunce je plazma kugla (vodonik 90% i helijum 10%) sa temperaturom površine od oko 5600 0. Sva tela Sistema su povezana sa Suncem silom gravitacionog privlačenja i stoga utiču jedno na drugo. Ogromna masa Sunca i njegova energija zračenja imaju veliki uticaj na mnoge geološke procese, kako na unutrašnje jezgro, tako i na kameni omotač Zemlje.

Poreklo Sunčevog sistema i Zemlje u razvoju geološke misli ostalo je u centru pažnje naučnika. Prema stavovima njemačkog filozofa I. Kanta formiranje zvezda i sunca odvijalo se pod uticajem sila gravitacije. P. Laplace razvio svoju teoriju, obogativši je rotacionim kretanjem čestica materije u razređenoj i užarenoj gasovitoj maglini. Prema Kant-Laplaceovoj hipotezi, ugrušci materije formirali su embrione planeta. Planete koje su se postepeno hladile, kao i Zemlja su se hladile i deformisale. Ova prilično progresivna ideja s razvojem astronomskih istraživanja kasnije se pokazala nezadovoljavajućom.

Većina naučnika vjeruje da je svemir star 14 milijardi godina. Teorija Velikog praska također se smatra dokazanom, ali se njeni uzroci i dalje opisuju samo hipotezama. Konkretno, jedna od teorija sugerira da su uzrok bile vibracije kvanta u vakuumu, a prema teoriji struna, eksploziju su izazvali vanjski utjecaji. S tim u vezi, jedan broj istraživača dovodi u pitanje jedinstvenost Univerzuma, vjerujući da ih ima nekoliko ili čak beskonačan broj, budući da se neprestano formiraju.

Nakon Velikog praska, svemir je prošao kroz fazu brzog širenja. Vjeruje se da u to vrijeme materija na koju smo navikli još nije postojala. Kasnije je nastao iz energije generisane Velikim praskom. Prve zvijezde pojavile su se tek 500 miliona godina nakon Velikog praska. Treba napomenuti da se proces širenja Univerzuma nastavlja do danas.

Općenito, većina globalnih procesa u svemiru, na primjer, njegova ekspanzija, imat će mali utjecaj na život na Zemlji u doglednoj budućnosti.

Sastav univerzuma

Kako naučnici ističu, glavna stvar u Univerzumu je da se on sastoji od 75% njega. Takođe, glavni u čitavom okolnom prostoru su helijum i ugljenik. Veći dio Univerzuma zauzimaju takozvana tamna energija i tamna materija, ove supstance su malo proučavane, a ideje o njima su uglavnom apstraktne. Uobičajena supstanca je samo 5-10%.

Glavni oblik organizacije materije u svemiru su zvijezde i planete. Oni formiraju galaksije - jata u kojima nebeska tijela doživljavaju međusobnu privlačnost i utječu jedno na drugo. Ovi sistemi se razlikuju po obliku, na primjer, Mliječni put pripada spiralnim galaksijama.

Galaksije se udružuju u grupe, a one, pak, u superjata. Sunčev sistem se nalazi u galaksiji Mliječni put, koja zauzvrat pripada superjatu Djevice. Treba napomenuti da se Zemlja ne nalazi u centru svemira, ali ni na periferiji svemira.

Sunce je relativno mala zvijezda na skali svemira.

Osim zvijezda i planeta, postoje i drugi objekti u svemiru, poput kometa. Iako je njihova putanja šira od putanje planeta, one se i dalje kreću po svojoj orbiti. Na primjer, Halejeva kometa doleti blizu Sunca svakih 76 godina. Još jedna dobro poznata kategorija svemirskih objekata su asteroidi. Oni su manji od planeta i nemaju atmosferu. Asteroidi mogu predstavljati pravi rizik za Zemlju – neki naučnici smatraju da bi nestanak dinosaurusa i druge promjene u flori i fauni tog perioda mogli biti povezani sa sudarom Zemlje sa ovim nebeskim tijelom.

1.2 Evolucija univerzuma. Proces formiranja materije

Postojao je još jedan trenutak, poseban u toku fizičkih procesa u širenju Univerzuma nakon Velikog praska. Elektroni i pozitroni, nastali na visokim temperaturama kao rezultat sudara visokoenergetskih čestica, prestali su da se stvaraju kako je temperatura pala na nekoliko milijardi stepeni. Energija sudarajućih čestica postala je nedovoljna za njihovo formiranje. Dostupni elektroni i pozitroni se anihiliraju i formiraju se fotoni. Tako se povećava broj fotona. Nakon nekog vremena proces uništavanja se završava. Dakle, do kraja drugog perioda od 5 minuta završavaju se procesi u vrućem ranom Univerzumu. Temperatura pada ispod milijardu stepeni. Univerzum prestaje biti vruć. Stoga počinje period potpuno drugačijih procesa koji traje tri stotine hiljada godina.

U ovom trenutku još uvek nema atoma. Supstanca Univerzuma je plazma, odnosno neka gola jezgra koja ne kruže oko elektrona. Ova plazma je "punjena" fotonima. Stoga se naziva fotonska plazma. Neproziran je za fotone. Svetlost svojim pritiskom samo ga malo potrese, formirajući "fotonski zvuk". Glavni provodnik svega što se dešava u svemiru koji se širi u sva tri perioda je temperatura. Univerzum se ne samo širi, već se u isto vrijeme (ili bolje rečeno, stoga) hladi. Kada temperatura padne na četiri hiljade stepeni, dolazi do još jednog skoka u prirodi procesa: neutralni atomi počinju da se formiraju. Plazma prestaje da bude potpuno jonizovana. Povećava se broj neutralnih atoma. Nastaju kao rezultat zagađivanja jezgara vodika i helijuma prisutnih u plazmi elektronima. Ovako se neutralni vodonik i helijum pojavljuju u svemiru koji se širi. Kako je plazma počela da se pretvara u neutralni gas, postala je providna za fotone. Upravo u ovom trenutku, tri stotine hiljada godina nakon Velikog praska, fotoni su pobjegli iz tako dugog zatočeništva (nazvanog erom fotonske plazme) i pohrlili u najudaljenije kutke Univerzuma. Ove kvalitativne promjene imale su dalekosežne posljedice. Glavni od njih je, očigledno, to što je prethodno homogena plazma, sada pretvorena u neutralni gas, mogla da se skupi u grudvice. I ovo je prvi korak ka formiranju galaksija i svih nebeskih tijela općenito. Zašto se to ne bi moglo dogoditi u plazmi? Zato što je formirana gruda plazme zaključala fotone u sebe, što je na nju izvršilo ogroman pritisak iznutra i razbilo je. Gruda nije dalje rasla, već se, naprotiv, srušila. Plazma je ponovo postala homogena. Ali kada su fotoni, poput pare iz balona koji je prsnuo, pušteni, ništa nije spriječilo neutralnu materiju da se skupi u grudve.

Prije svega, postavlja se prirodno pitanje, kako znamo da se svemir širi. Ovo nikako nije očigledno. Naprotiv, u svim se epohama vjerovalo da je svemir nepomičan, odnosno jednom pokrenut, poput sata, a bilo je važno samo saznati kako mehanizam ovog sata funkcionira. Ali pokazalo se da se mehanizam svemira mijenja s vremenom. Univerzum se razvija, evoluira, odnosno nije stacionaran. Prvi je na to pomislio sovjetski fizičar A. Fridman, koji je radio u Petrogradu 1920-ih. On je striktno matematički riješio jednačine teorije gravitacije A. Einsteina i ustanovio da Univerzum ne može biti stacionaran, već se mora stalno mijenjati i razvijati. Ako prihvatimo njegovu stacionarnost, onda bi se pod djelovanjem sila privlačenja trebao postupno skupljati. Kompresiju pod dejstvom gravitacionih sila mogu ometati sile koje proizlaze iz kružnih kretanja tela u njihovim orbitama, kao što je slučaj u Sunčevom sistemu. U eliptičnim galaksijama stupa na snagu još jedna reakcija - kretanje tijela po vrlo izduženim orbitama. Što se tiče čitavog Univerzuma, onda ni jedno ni drugo objašnjenje nije nemoguće, jer da bi se uravnotežilo djelovanje sila gravitacije, moralo bi ga ubrzati do brzina koje prelaze brzinu svjetlosti. A to je zabranjeno zakonima fizike. Ispostavilo se da nema čime uravnotežiti sile gravitacije u Univerzumu.

A. Ajnštajn se takođe bavio ovim problemom i pronašao izlaz u tome što je modifikovao jednačine teorije gravitacije, na način da su sile privlačenja uravnotežene nekim od njega uvedenim odbojnim silama, koje je prema njegova pretpostavka, treba da djeluje između svih tijela u Univerzumu (zajedno sa silama privlačenja). Tako je donekle nezakonito dobio statistička rješenja koja opisuju stacionarni svemir. Objavio je odgovor na Friedmanov rad objavljen krajem juna 1922. u njemačkom "Physical Journalu" na istom mjestu, u kojem je naveo da je pronašao grešku u proračunima A. Friedmana, a tačna rješenja daju stacionarni Univerzum . Samo skoro godinu dana kasnije (u maju 1923.)

A. Einstein je uspio uvjeriti A. Friedmana u ispravnost i on je to javno priznao.

U procesu formiranja materije u svemiru, neutrini igraju važnu ulogu. U prvoj fazi (u prvim sekundama nakon Eksplozije), neutrino izjednačava nasumično nastale nehomogenosti gustine materije u Univerzumu. To je bilo moguće jer su neutrini imali visoke energije (brzine bliske brzini svjetlosti). Ali izjednačavanje gustine materije se dešava samo na malim prostornim skalama (prema kosmičkim konceptima). Međutim, s vremenom, zbog širenja Univerzuma, neutrini gube energiju. Otprilike 300 svjetlosnih godina nakon početka ekspanzije, neutrini koji padaju u zgušnjavanje gustine (grudu) više ne mogu izaći iz njega, nemaju dovoljno energije za to. Oni više ne sprečavaju stvaranje nehomogenosti u supstanciji Univerzuma.

Evolucija zvijezda

2.1 Formacija zvijezda iz plina

Jedna od hipoteza pretpostavlja da se zvijezde formiraju od plinovite tvari, plinovite tvari koja se još uvijek opaža u Galaksiji. Počevši od trenutka kada masa i gustina gasovite supstance dostignu određenu, kritičnu vrednost, gasovita tvar pod uticajem sopstvenog privlačenja počinje da se skuplja i zgušnjava. U tom slučaju prvo se formira hladna plinska kugla. Ali kompresija se nastavlja, a temperatura plinske kugle raste. Potencijalna energija čestica u gravitacionom polju gasne sfere postaje manja kada se približavaju centru. Dio potencijalne energije pretvara se u toplinsku energiju.

Tada će se plinska lopta zagrijati, odavat će toplinsku energiju kroz zračenje površinskih slojeva. Stoga će se prvo ohladiti u površinskom sloju, a zatim u dubljim slojevima. Da se u ovoj plinskoj kugli (zvijezdi) ne bi pojavili novi izvori energije, proces kompresije bi prilično brzo doveo do nestanka energije i gašenja zvijezde. Svu energiju bi zračenje odnijelo. Ali u stvari, ovaj proces je složeniji. Kao rezultat kompresije, centralna područja zvijezde se zagrijavaju na vrlo visoke temperature. Nalaze se veoma duboko i stoga jedva doživljavaju uticaj hlađenja, koje je uzrokovano zračenjem iz površinskih slojeva. Kada temperatura centralnog regiona dostigne nekoliko miliona stepeni, u njemu počinju da se odvijaju termonuklearne reakcije. Oni su praćeni oslobađanjem velike količine energije.

Dakle, prvi period formiranja zvijezda je period kontrakcije. To traje sve dok termonuklearne reakcije ne počnu da se odvijaju u centralnom delu zvezde. Tokom perioda kontrakcije, temperatura zvijezde raste. Stoga, spektralni tip zvijezde postaje raniji. Što se tiče sjaja zvijezde, tokom perioda kompresije, njeno povećanje će biti olakšano povećanjem površinske temperature, kao i povećanjem prozirnosti zagrijane materije. Stoga će zračenje iz dubljih i toplijih slojeva direktno napustiti zvijezdu. Ali obrnuti mehanizam također funkcionira. Smanjenje polumjera zvijezde će smanjiti sjaj. Stručnjaci su procenili kombinovano delovanje svih mehanizama i došli do zaključka da tokom perioda kontrakcije zvezde još uvek postoji blagi porast sjaja zvezde. Zbog toga se u dijagramu spektra - luminoznosti evolucija tokom perioda kompresije odvija duž linija koje idu s desna na lijevo i lagano se uzdižu prema gore. To je prikazano na slici 17. Razlika u evolucijskim linijama na dijagramu određena je razlikom u masama oblaka plina od kojih su zvijezde formirane. Što je veća masa, veći je sjaj, viša je evolucijska linija na dijagramu.

Kada se period kompresije završi i temperaturne reakcije počnu da se odvijaju unutar zvijezde, sve zvijezde se pojavljuju na glavnom nizu spektra - dijagramu luminoznosti. U termonuklearnoj reakciji, vodonik se pretvara u helijum. U ovom slučaju četiri protona (četiri jezgra atoma vodika) formiraju jezgro atoma helija. Dobiveni višak mase pretvara se u energiju: otprilike 0,007 mase tvari pretvara se u energiju zračenja tokom ove reakcije.

Kontrakcija zvijezde prestaje jer energija dolazi iz termonuklearnih reakcija, što sprječava kontrakciju. Kompenzira potrošnju energije za zračenje. Sve dok se sve odvija na ovaj način, zvijezda će zadržati svoje osnovne fizičke karakteristike konstantnim - poluprečnik, temperaturu, sjaj. Ostaće na dijagramu spektra - luminoznosti na liniji glavne sekvence. Ali nakon nekog vremena, vodonik u središnjem dijelu zvijezde će nestati. Kao rezultat toga, radijus zvijezde bi trebao porasti, a njena temperatura bi se trebala smanjiti. U tom slučaju, osvjetljenje će se malo povećati. To znači da će se zvijezda početi pomicati iz glavne sekvence udesno i gore. Brzina ovog pomaka ovisi o brzini izgaranja vodika, koja zauzvrat jako ovisi o temperaturi. Brzina termonuklearnih reakcija je približno proporcionalna 15. stepenu temperature! Stoga, one zvijezde s višom temperaturom u svojim centralnim regijama brže napuštaju glavni niz i kreću se brže desno i gore na dijagramu. S druge strane, temperatura centralnih područja je viša za zvijezde sa velikim masama. Ove zvijezde imaju jako gravitacijsko polje i više potencijalne gravitacijske energije. To je ta energija koja se pretvara u toplotnu energiju tokom kompresije.

Iz tih razloga, zvijezde velike mase i velike svjetlosti brže napuštaju glavni niz udesno i gore. Istovremeno se kreću u smjeru dijela dijagrama gdje se nalazi grana divova. Slika 1 pokazuje da zvijezde velike mase, a samim tim i velike svjetlosti, evoluiraju brže, pretvarajući se u crvene divove, kada su se zvijezde niže mase samo malo udaljile od linije glavne sekvence.

Slika 1. Evolucijska pomjeranja zvijezda na dijagramu spektra - luminoznosti nakon iscrpljivanja vodonika u centralnim regijama

Dolazi trenutak kada sav vodonik u džinovskoj zvijezdi izgori. Pritom će doći do faze crvenog giganta. Tada će kontrakcija njihovog jezgra, koje se sastoji od helijuma, dovesti do daljeg povećanja temperature. Povećava se na vrijednosti preko 100 miliona stepeni. Tada počinje nova termonuklearna reakcija, zbog koje se iz tri jezgra atoma helija formiraju jezgre atoma ugljika. A ova reakcija je praćena gubitkom mase i oslobađanjem energije zračenja. Kao rezultat, temperatura zvijezde raste. Zvijezda počinje svoje novo kretanje na spektru - dijagram sjaja.

Šta znamo o svemiru, šta je kosmos? Univerzum je bezgranični svijet koji je teško shvatiti ljudskim umom, koji izgleda nestvarno i nematerijalno. Zapravo, mi smo okruženi materijom, bezgraničnom u prostoru i vremenu, sposobnom da poprima različite oblike. Da bismo pokušali da shvatimo prave razmere svemira, kako funkcioniše Univerzum, strukturu univerzuma i procese evolucije, potrebno je da pređemo prag sopstvene percepcije sveta, da pogledamo svet oko nas sa drugačijeg. ugao, iznutra.

Formiranje univerzuma: prvi koraci

Prostor koji posmatramo kroz teleskope samo je dio zvjezdanog svemira, takozvane Megagalaksije. Parametri Hubbleovog kosmološkog horizonta su kolosalni - 15-20 milijardi svjetlosnih godina. Ovi podaci su približni, jer se u procesu evolucije Univerzum neprestano širi. Širenje Univerzuma se dešava širenjem hemijskih elemenata i reliktnog zračenja. Struktura svemira se stalno mijenja. Jata galaksija se pojavljuju u svemiru, objektima i tijelima Univerzuma - to su milijarde zvijezda koje čine elemente bliskog svemira - zvjezdane sisteme s planetama i satelitima.

Gdje je početak? Kako je nastao svemir? Univerzum bi trebao biti star 20 milijardi godina. Možda je izvor kosmičke materije bio vrući i gust prototip, čija je akumulacija eksplodirala u određenom trenutku. Najmanje čestice nastale kao rezultat eksplozije raspršene su u svim smjerovima i nastavljaju se udaljavati od epicentra u naše vrijeme. Teorija Velikog praska, koja danas dominira u naučnim krugovima, najviše odgovara opisu procesa formiranja Univerzuma. Tvar koja je nastala kao rezultat kozmičke kataklizme bila je heterogena masa, koja se sastojala od najmanjih nestabilnih čestica, koje su, sudarajući se i raspršujući, počele međusobno komunicirati.

Veliki prasak je teorija o nastanku Univerzuma koja objašnjava njegovo formiranje. Prema ovoj teoriji, u početku je postojala određena količina tvari, koja je, kao rezultat određenih procesa, eksplodirala ogromnom snagom, raspršivši masu majke u okolni prostor.

Nakon nekog vremena, po kosmičkim standardima - trenutak, po zemaljskoj hronologiji - milionima godina, počela je faza materijalizacije svemira. Od čega je napravljen svemir? Raspršena materija se počela koncentrirati u grudve, velike i male, na čijem su se mjestu kasnije počeli pojavljivati prvi elementi Univerzuma, ogromne plinovite mase - rasadnik budućih zvijezda. U većini slučajeva, proces formiranja materijalnih objekata u svemiru objašnjava se zakonima fizike i termodinamike, međutim, postoji niz tačaka koje još uvijek prkose objašnjenju. Na primjer, zašto je u jednom dijelu svemira materija koja se širi više koncentrisana, dok je u drugom dijelu svemira materija jako rijetka. Odgovori na ova pitanja mogu se dobiti tek kada se razjasni mehanizam nastanka svemirskih objekata, velikih i malih.

Sada se proces formiranja Univerzuma objašnjava djelovanjem zakona Univerzuma. Gravitaciona nestabilnost i energija u različitim područjima pokrenuli su formiranje protozvijezda, koje su zauzvrat, pod utjecajem centrifugalnih sila i gravitacije, formirale galaksije. Drugim riječima, dok se materija nastavila i širi, pod utjecajem gravitacijskih sila, počeli su procesi kompresije. Čestice oblaka gasa počele su da se koncentrišu oko imaginarnog centra, formirajući na kraju novi pečat. Građevinski blokovi ovog divovskog gradilišta su molekularni vodonik i helijum.

Hemijski elementi Univerzuma su primarni građevinski materijal od kojeg su kasnije formirani objekti Univerzuma.

Tada počinje djelovati zakon termodinamike, pokreću se procesi raspadanja i ionizacije. Molekule vodika i helija se raspadaju na atome, od kojih pod djelovanjem gravitacijskih sila nastaje jezgro protozvijezde. Ovi procesi su zakoni Univerzuma i poprimili su oblik lančane reakcije, koja se odvija u svim udaljenim kutovima Univerzuma, ispunjavajući svemir milijardama, stotinama milijardi zvijezda.

Evolucija svemira: Najvažnije

Danas u naučnim krugovima postoji hipoteza o cikličnoj prirodi stanja od kojih je satkana istorija Univerzuma. Kao rezultat eksplozije pramaterije, akumulacije plina postale su rasadnici zvijezda, koje su zauzvrat formirale brojne galaksije. Međutim, došavši do određene faze, materija u Univerzumu počinje težiti svom prvobitnom, koncentrisanom stanju, tj. eksploziju i naknadno širenje materije u prostoru prati kompresija i povratak u supergusto stanje, na početnu tačku. Nakon toga, sve se ponavlja, rođenje slijedi konačno, i tako mnogo milijardi godina, do beskonačnosti.

Početak i kraj svemira u skladu sa cikličkom evolucijom svemira

Međutim, izostavljajući temu formiranja Univerzuma, koja ostaje otvoreno pitanje, treba preći na strukturu Univerzuma. Još 30-ih godina XX vijeka postalo je jasno da je svemir podijeljen na regije - galaksije, koje su ogromne formacije, svaka sa svojom zvjezdanom populacijom. Štaviše, galaksije nisu statični objekti. Brzina širenja galaksija iz imaginarnog centra Univerzuma se stalno mijenja, o čemu svjedoči približavanje jednih i udaljenost drugih jedna od druge.

Svi ovi procesi, u smislu trajanja zemaljskog života, traju veoma sporo. Sa stanovišta nauke i ovih hipoteza, svi evolucijski procesi se odvijaju brzo. Evolucija Univerzuma može se uslovno podijeliti u četiri etape - ere:

hadronska era;
leptonska era;
fotonska era;
zvezdana era.

Kosmička vremenska skala i evolucija svemira, prema kojoj se može objasniti pojava svemirskih objekata

U prvoj fazi, sva materija je bila koncentrisana u jednoj velikoj nuklearnoj kapljici, koja se sastojala od čestica i antičestica, kombinovanih u grupe - hadrone (protone i neutrone). Odnos čestica i antičestica je približno 1:1,1. Zatim dolazi do procesa anihilacije čestica i antičestica. Preostali protoni i neutroni su građevni blokovi od kojih se formira svemir. Trajanje hadronske ere je zanemarljivo, samo 0,0001 sekunda - period eksplozivne reakcije.

Dalje, nakon 100 sekundi, počinje proces sinteze elemenata. Na temperaturi od milijardu stepeni, nuklearna fuzija proizvodi molekule vodika i helijuma. Sve to vrijeme, tvar se nastavlja širiti u svemiru.

Od ovog trenutka počinje duga, od 300 hiljada do 700 hiljada godina, faza rekombinacije jezgara i elektrona, formirajući atome vodonika i helijuma. U tom slučaju se opaža smanjenje temperature tvari, a intenzitet zračenja se smanjuje. Univerzum postaje transparentan. Formiran u kolosalnim količinama vodonika i helijuma pod uticajem gravitacionih sila, pretvara prvobitni univerzum u džinovsko gradilište. Milioni godina kasnije, počinje zvjezdana era – što je proces formiranja protozvijezda i prvih protogalaksija.

Ova podjela evolucije na faze uklapa se u model vrućeg svemira, koji objašnjava mnoge procese. Pravi uzroci Velikog praska, mehanizma širenja materije, ostaju nerazjašnjeni.

Struktura i struktura svemira

Zvezdana era evolucije Univerzuma počinje formiranjem gasovitog vodonika. Vodonik se pod utjecajem gravitacije nakuplja u ogromnim nakupinama, ugrušcima. Masa i gustina takvih klastera je kolosalna, stotine hiljada puta veća od mase same formirane galaksije. Neravnomjerna raspodjela vodonika uočena u početnoj fazi formiranja svemira objašnjava razlike u veličinama formiranih galaksija. Tamo gde je trebalo da postoji maksimalna akumulacija gasovitog vodonika, nastale su megagalaksije. Tamo gdje je koncentracija vodonika bila zanemarljiva, pojavile su se manje galaksije, slične našoj zvijezdanoj kući - Mliječnom putu.

Verzija prema kojoj je Univerzum početna i krajnja tačka oko koje se galaksije okreću u različitim fazama razvoja

Od ovog trenutka, Univerzum prima prve formacije sa jasnim granicama i fizičkim parametrima. To više nisu magline, nakupine zvjezdanog plina i kosmičke prašine (produkti eksplozije) ili protoklasteri zvjezdane materije. To su zvjezdane zemlje, čija je površina ogromna sa stanovišta ljudskog uma. Univerzum postaje pun zanimljivih kosmičkih fenomena.

Sa stanovišta naučnog obrazloženja i savremenog modela Univerzuma, galaksije su prvo nastale kao rezultat dejstva gravitacionih sila. Materija je pretvorena u kolosalni univerzalni vrtlog. Centripetalni procesi osigurali su naknadnu fragmentaciju oblaka plina u jata koja su postala mjesto rođenja prvih zvijezda. Protogalaksije sa brzim periodom rotacije vremenom su se pretvorile u spiralne galaksije. Tamo gdje je rotacija bila spora, a proces kompresije materije uglavnom uočen, nastajale su nepravilne galaksije, češće eliptične. U tom kontekstu, u svemiru su se odvijali grandiozni procesi - formiranje superklastera galaksija, koje su međusobno u bliskom kontaktu sa svojim rubovima.

Superjata su brojne grupe galaksija i jata galaksija unutar velike strukture Univerzuma. Unutar 1 milijarde sv. godine, postoji oko 100 superklastera

Od tog trenutka postalo je jasno da je Univerzum ogromna mapa, na kojoj su kontinenti skupovi galaksija, a zemlje mega galaksije i galaksije koje su nastale prije milijardi godina. Svaka od formacija sastoji se od klastera zvijezda, maglina, klastera međuzvjezdanog plina i prašine. Međutim, sva ova populacija čini samo 1% ukupnog volumena univerzalnih formacija. Većinu i zapreminu galaksija zauzima tamna materija, čiju prirodu nije moguće otkriti.

Raznolikost svemira: klase galaksija

Zahvaljujući naporima američkog astrofizičara Edwina Hubblea, sada imamo granice Univerzuma i jasnu klasifikaciju galaksija koje ga nastanjuju. Klasifikacija je zasnovana na karakteristikama strukture ovih divovskih formacija. Zašto galaksije imaju različite oblike? Odgovor na ovo i mnoga druga pitanja daje Hablova klasifikacija, prema kojoj se Univerzum sastoji od galaksija sljedećih klasa:

spirala;
eliptični;
nepravilne galaksije.

Prvi uključuje najčešće formacije koje ispunjavaju svemir. Karakteristična karakteristika spiralnih galaksija je prisustvo dobro definirane spirale koja se okreće oko svijetle jezgre ili teži galaktičkoj prečki. Spiralne galaksije sa jezgrom označene su simbolima S, dok su objekti sa centralnom crtom već označeni sa SB. Ova klasa takođe uključuje našu galaksiju Mlečni put, u čijem središtu je jezgro podeljeno svetlećom šipkom.

Tipična spiralna galaksija. U sredini se jasno vidi jezgro sa mostom sa čijih krajeva izviru spiralni krakovi.

Takve formacije su rasute po Univerzumu. Najbliža spiralna galaksija, Andromeda, je div koji se brzo približava Mliječnom putu. Najveći predstavnik ove klase koji nam je poznat je džinovska galaksija NGC 6872. Prečnik galaktičkog diska ovog čudovišta je otprilike 522 hiljade svjetlosnih godina. Ovaj objekat se nalazi na udaljenosti od 212 miliona svjetlosnih godina od naše galaksije.

Sljedeća, uobičajena klasa galaktičkih formacija su eliptične galaksije. Njihova oznaka u skladu sa Hablovom klasifikacijom je slovo E (eliptično). Ove formacije su elipsoidnog oblika. Unatoč činjenici da u svemiru postoji mnogo sličnih objekata, eliptične galaksije se ne razlikuju po svojoj ekspresivnosti. Sastoje se uglavnom od glatkih elipsa koje su ispunjene zvjezdanim jatom. Za razliku od galaktičkih spirala, elipse ne sadrže nakupine međuzvjezdanog plina i kosmičke prašine, koji su glavni optički efekti vizualizacije takvih objekata.

Tipičan predstavnik ove klase, danas poznat, je eliptična prstenasta maglina u sazviježđu Lira. Ovaj objekat se nalazi na udaljenosti od 2.100 svjetlosnih godina od Zemlje.

Pogled na eliptičnu galaksiju Centaurus A kroz CFHT

Posljednja klasa galaktičkih objekata koji naseljavaju svemir su nepravilne ili nepravilne galaksije. Oznaka prema Hablovoj klasifikaciji je latinski simbol I. Glavna karakteristika je nepravilan oblik. Drugim riječima, takvi objekti nemaju jasne simetrične oblike i karakterističan uzorak. Po svom obliku, takva galaksija podsjeća na sliku univerzalnog haosa, gdje se zvjezdana jata izmjenjuju s oblacima plina i kosmičke prašine. Nepravilne galaksije su česte na skali Univerzuma.

Zauzvrat, nepravilne galaksije su podijeljene u dva podtipa:

Nepravilne galaksije I podtipa imaju složenu nepravilnu strukturu, visoku gustu površinu, koja se odlikuje sjajem. Često je ovaj haotičan oblik nepravilnih galaksija rezultat kolapsa spirala. Tipičan primjer takve galaksije su Veliki i Mali Magelanovi oblaci;
Nepravilne, nepravilne galaksije II podtipa imaju nisku površinu, haotičan oblik i ne odlikuju se visokim sjajem. Zbog smanjenja svjetline, takve formacije je teško otkriti u prostranstvu Univerzuma.

Veliki Magelanov oblak nam je najbliža nepravilna galaksija. Obje formacije su, zauzvrat, sateliti Mliječnog puta i uskoro bi ih mogao apsorbirati veći objekt (za 1-2 milijarde godina).

Nepravilna galaksija, Veliki Magelanov oblak, je satelit naše galaksije Mliječni put

Unatoč činjenici da je Edwin Hubble prilično precizno smjestio galaksije u njihove klase, ova klasifikacija nije idealna. Mogli bismo postići više rezultata ako bismo Ajnštajnovu teoriju relativnosti uključili u proces razumijevanja Univerzuma. Univerzum je predstavljen bogatstvom raznih oblika i struktura, od kojih svaka ima svoja karakteristična svojstva i karakteristike. Astronomi su nedavno otkrili nove galaktičke formacije koje su opisane kao posredni objekti između spiralnih i eliptičnih galaksija.

Mliječni put je najpoznatiji dio svemira

Dva spiralna kraka, simetrično smještena oko centra, čine glavno tijelo galaksije. Zauzvrat, spirale se sastoje od rukava koji se glatko ulijevaju jedan u drugi. Na spoju krakova Strelca i Labuda nalazi se naše Sunce, koje se nalazi od centra galaksije Mlečni put na udaljenosti od 2,62 · 10¹⁷km. Spirale i krakovi spiralnih galaksija su jata zvijezda čija gustina raste kako se približavaju galaktičkom centru. Ostatak mase i zapremine galaktičkih spirala je tamna materija, a samo mali dio je međuzvjezdani plin i kosmička prašina.

Položaj Sunca u naručju Mliječnog puta, mjesto naše galaksije u Univerzumu

Spirale su debele otprilike 2.000 svjetlosnih godina. Sav ovaj sloj kolača je u stalnom pokretu, rotirajući ogromnom brzinom od 200-300 km/s. Što je bliže centru galaksije, to je veća brzina rotacije. Suncu i našem solarnom sistemu će biti potrebno 250 miliona godina da završe revoluciju oko centra Mliječnog puta.

Naša galaksija se sastoji od triliona zvijezda, velikih i malih, superteških i srednjih. Najgušće jato zvijezda u Mliječnom putu je Ruka Strijelca. Upravo u ovoj regiji se uočava maksimalni sjaj naše galaksije. Suprotni dio galaktičkog kruga, naprotiv, manje je svijetao i slabo se razlikuje od vizualnog promatranja.

Centralni dio Mliječnog puta predstavlja jezgro čija je veličina navodno 1000-2000 parseka. U ovom najsjajnijem području galaksije koncentrisan je maksimalan broj zvijezda koje imaju različite klase, svoje puteve razvoja i evolucije. To su uglavnom stare superteške zvijezde u završnim fazama Glavne sekvence. Potvrda prisustva centra starenja galaksije Mliječni put je prisustvo u ovom području velikog broja neutronskih zvijezda i crnih rupa. Zaista, središte spiralnog diska bilo koje spiralne galaksije je supermasivna crna rupa koja, poput džinovskog usisivača, usisava nebeske objekte i stvarnu materiju.

Supermasivna crna rupa smještena u središnjem dijelu Mliječnog puta - mjestu smrti svih galaktičkih objekata

Što se tiče zvezdanih jata, naučnici su danas uspeli da klasifikuju dve vrste klastera: sferna i otvorena. Osim zvjezdanih jata, spirale i krakovi Mliječnog puta, kao i bilo koje druge spiralne galaksije, sastoje se od rasute materije i tamne energije. Kao posljedica Velikog praska, materija je u visoko razrijeđenom stanju, što je predstavljeno razrijeđenim međuzvjezdanim česticama plina i prašine. Vidljivi dio materije su magline, koje se pak dijele na dva tipa: planetarne i difuzne magline. Vidljivi dio spektra maglina nastaje zbog prelamanja svjetlosti od zvijezda, koje emituju svjetlost unutar spirale u svim smjerovima.

Ova kosmička supa je mjesto gdje postoji naš solarni sistem. Ne, nismo jedini u ovom ogromnom svijetu. Poput Sunca, mnoge zvijezde imaju svoje planetarne sisteme. Cijelo je pitanje kako otkriti udaljene planete, ako udaljenosti čak i unutar naše galaksije premašuju trajanje postojanja bilo koje inteligentne civilizacije. Vrijeme u svemiru mjeri se drugim kriterijima. Planete sa svojim satelitima, najmanji objekti u svemiru. Broj takvih objekata je neprocjenjiv. Svaka od tih zvijezda koje se nalaze u vidljivom rasponu može imati svoj vlastiti zvjezdani sistem. U našoj je moći da vidimo samo postojeće planete koje su nam najbliže. Ono što se dešava u susjedstvu, koji svjetovi postoje u drugim krakovima Mliječnog puta, a koje planete postoje u drugim galaksijama, ostaje misterija.

Kepler-16 b je egzoplaneta u blizini Kepler-16 binarne u sazviježđu Labud

Zaključak

Imajući samo površno razumijevanje kako je svemir nastao i kako se razvija, čovjek je napravio samo mali korak ka razumijevanju i razumijevanju razmjera svemira. Grandiozne dimenzije i razmere sa kojima se naučnici danas suočavaju ukazuju na to da je ljudska civilizacija samo trenutak u ovom snopu materije, prostora i vremena.

Model Univerzuma u skladu sa konceptom prisustva materije u prostoru, uzimajući u obzir vrijeme

Proučavanje univerzuma ide od Kopernika do danas. U početku su naučnici pošli od heliocentričnog modela. U stvari, pokazalo se da prostor nema pravo središte i sva rotacija, kretanje i kretanje se odvijaju prema zakonima Univerzuma. Uprkos činjenici da postoji naučno objašnjenje za procese koji se odvijaju, univerzalni objekti se dijele na klase, tipove i tipove, nijedno tijelo u svemiru nije slično drugom. Dimenzije nebeskih tijela su približne, kao i njihova masa. Položaj galaksija, zvijezda i planeta je proizvoljan. Stvar je u tome što u Univerzumu ne postoji koordinatni sistem. Posmatrajući svemir, pravimo projekciju na cijeli vidljivi horizont, smatrajući našu Zemlju nultom referentnom tačkom. U stvari, mi smo samo mikroskopska čestica izgubljena u beskrajnim prostranstvima Univerzuma.

Univerzum je supstancija u kojoj svi objekti postoje u bliskoj vezi sa prostorom i vremenom

Slično kao kod upućivanja na veličinu, vrijeme u Univerzumu treba smatrati glavnom komponentom. Porijeklo i starost svemirskih objekata omogućavaju da se napravi slika rođenja svijeta, da se istaknu faze evolucije svemira. Sistem kojim se bavimo je usko vremenski vezan. Svi procesi koji se odvijaju u svemiru imaju cikluse – početak, formiranje, transformaciju i završetak, praćene smrću materijalnog objekta i prelaskom materije u drugo stanje.

Za razumijevanje strukture i evolucije Univerzuma, pitanje hemijskog sastava materije u Univerzumu je veoma važno.

Kao što znate, svaka supstanca se sastoji od atoma. Postoji oko 90 različitih tipova atoma koji se prirodno nalaze na Zemlji; osim toga, umjetno je proizvedeno nekoliko novih tipova atoma. Supstanca koju čine atomi samo jedne vrste neke vrste naziva se element. Atomi većine elemenata su u stanju da se kombinuju jedni sa drugima ili sa atomima drugih elemenata da formiraju molekule; specifični zakoni takvog udruženja su predmet proučavanja hemije. Svaka materijalna formacija - od najtvrđe (dijamantske) do plinovite, od organskih spojeva ljudskog tijela do najudaljenijih galaksija - različita je kombinacija istih osnovnih elemenata.

Najjednostavniji element je vodonik. Njegov atom se sastoji od samo dvije čestice - elektrona i protona. Sljedeći najjednostavniji element je helij, čiji svaki atom sadrži šest čestica: dva protona i dva neutrona, smješteni u centru, formiraju jezgro, a dva elektrona povezana s jezgrom električnom privlačnošću rotiraju oko njega u orbitama. Glavne razlike između atoma su zbog različitog broja protona u njihovim jezgrama. Sada su poznati svi atomi čija jezgra sadrže od 1 do 92 protona. Najsloženiji element u prirodi je uranijum; jezgro njegovog atoma sadrži 92 protona i oko 140 neutrona, a oko njega se okreću 92 elektrona. Elementi sa više od 92 protona u jezgru i dobijeni veštačkim putem (na primer, neptunijum i plutonijum) su nestabilni (radioaktivni) i prilično brzo se raspadaju. Stoga ih nije bilo prirodno na Zemlji.

U spektroskopskom proučavanju astronomskih objekata u cijelom dostupnom Univerzumu, pronađeni su isti elementi *. Međutim, relativno obilje elemenata svojstvenih Zemlji nije tipično za druge dijelove svemira. Dakle, oko 90% svih atoma u Univerzumu su atomi vodonika; ostalo su uglavnom atomi helijuma. Teži atomi, koji su uobičajeni na našoj planeti Zemlji, čine samo zanemarljiv dio u Univerzumu. Jasno je da je Zemlja nastala u posebnim uslovima koji nisu tipični za prosječnu distribuciju elemenata u Univerzumu, da u početku nije bilo složenih atoma u Univerzumu, ali je kasnije nastao neki način sinteze složenih elemenata od lakših i jednostavnijih. formirana. Kada i kako je nastala takva "fabrika" hemijskih elemenata jedan je od centralnih problema moderne prirodne nauke, koji leži na "spojnici" astronomije, hemije i fizike.

* Helijum je otkriven na Suncu (kao što mu ime govori), i to ranije nego na Zemlji.

Zvezdice

Zvezda je gasna lopta

Zvezde su daleka sunca. Zvezde su ogromna, usijana sunca, ali toliko udaljena od nas u poređenju sa planetama Sunčevog sistema da, iako sijaju milione puta jače, njihova svetlost nam deluje relativno slabo.

Kada se gleda u vedro noćno nebo, linije M.V. Lomonosov:

Ponor se otvorio, pun zvezda,

Ne postoji broj zvijezda, dno ponora.

Oko 6.000 zvijezda može se vidjeti na noćnom nebu nenaoružanim gasom. Sa smanjenjem sjaja zvijezda, njihov se broj povećava, pa čak i njihovo jednostavno brojanje postaje teško. Sve zvijezde sjajnije od 11. magnitude prebrojane su "po komadu" i unete u astronomske kataloge. Ima ih oko milion. Ukupno je našem posmatranju dostupno oko dvije milijarde zvijezda. Ukupan broj zvijezda u svemiru procjenjuje se na 10 22.

Različite su veličine zvijezda, njihova struktura, hemijski sastav, masa, temperatura, sjaj itd. Najveće zvijezde (supergiganti) premašuju veličinu Sunca za desetine i stotine puta. Patuljaste zvijezde su veličine Zemlje i manje su. Granična masa zvijezda je otprilike 60 solarnih masa.

Udaljenosti do zvijezda su također veoma različite. Svjetlost zvijezda iz nekih udaljenih zvjezdanih sistema putuje do nas stotinama miliona svjetlosnih godina. Nama najbliža zvijezda može se smatrati zvijezdom prve magnitude α-Centaurus, koja nije vidljiva sa teritorije Rusije. Udaljena je 4 svjetlosne godine od Zemlje. Kurirski voz koji non-stop putuje brzinom od 100 km/h stigao bi ga za 40 miliona godina!

Glavna masa (98-99%) vidljive materije u poznatom dijelu Univerzuma koncentrisana je u zvijezdama. Zvijezde su moćni izvori energije. Konkretno, život na Zemlji duguje svoje postojanje energiji zračenja Sunca. Materija zvijezda je plazma, tj. je u drugačijem stanju od materije u nama poznatim zemaljskim uslovima. (Plazma je četvrto (pored čvrstog, tekućeg, gasovitog) agregatnog stanja, a to je jonizovani gas, u kojem se pozitivni (joni) i negativni naboji (elektroni) u proseku međusobno neutrališu.) Stoga, strogo govoreći, zvijezda nije samo plinska lopta, već i plazma lopta. U kasnijim fazama razvoja zvijezde, zvjezdana materija prelazi u stanje degeneriranog plina (u kojem kvantno-mehaničko djelovanje čestica jedne na drugu značajno utiče na njena fizička svojstva – pritisak, toplinski kapacitet itd.), a ponekad i neutronska materija. (pulsari su neutronske zvijezde, bursteri - izvori rendgenskog zračenja itd.).

Zvijezde u svemiru su neravnomjerno raspoređene. Oni formiraju zvjezdane sisteme: više zvijezda (dvostruke, trostruke, itd.); zvjezdana jata (od nekoliko desetina zvijezda do miliona); galaksije su grandiozni zvjezdani sistemi (naša galaksija, na primjer, sadrži oko 150-200 milijardi zvijezda).

U našoj galaksiji, gustina zvezda je takođe veoma neujednačena. Najviša je u oblasti galaktičkog jezgra. Ovdje je 20 hiljada puta veća od prosječne gustoće zvijezda u blizini Sunca.

Većina zvijezda je u stacionarnom stanju, tj. nema promjene u njihovim fizičkim karakteristikama. Ovo odgovara stanju ravnoteže. Međutim, postoje i takve zvijezde čija se svojstva mijenjaju na vidljiv način. Oni se nazivaju promenljive zvezde i nestacionarne zvezde... Promjenljivost i nestacionarnost su manifestacije nestabilnosti ravnotežnog stanja zvijezde. Neke vrste varijabilnih zvijezda mijenjaju svoje stanje na pravilan ili nepravilan način. Takođe treba napomenuti nove zvezde u kojima se epidemije javljaju kontinuirano ili s vremena na vrijeme. U bakljama (eksplozijama) supernove materija zvijezda u nekim slučajevima može biti potpuno raspršena u svemiru.

Visoka svjetlost zvijezda, koja se održava dugo vremena, ukazuje na oslobađanje ogromne količine energije u njima. Moderna fizika ukazuje na dva moguća izvora energije - gravitaciona kompresijašto dovodi do oslobađanja gravitacijske energije, i termonuklearne reakcije, usled čega se iz jezgra lakih elemenata sintetišu jezgra težih elemenata i oslobađa se velika količina energije.

Proračuni pokazuju da bi energija gravitacijske kompresije bila dovoljna da održi sjaj Sunca samo 30 miliona godina. Ali iz geoloških i drugih podataka proizilazi da je sjaj Sunca ostao približno konstantan milijardama godina. Gravitaciona kontrakcija može poslužiti samo kao izvor energije za vrlo mlade zvijezde. S druge strane, termonuklearne reakcije se odvijaju dovoljnom brzinom samo na temperaturama hiljadama puta višim od temperature površine zvijezda. Dakle, za Sunce je temperatura na kojoj termonuklearne reakcije mogu osloboditi potrebnu količinu energije, prema različitim proračunima, od 12 do 15 miliona K. Ovakva kolosalna temperatura postiže se kao rezultat gravitacijske kompresije, koja se "zapali" termonuklearna reakcija. Dakle, naše Sunce je trenutno hidrogenska bomba koja polako gori.

Pretpostavlja se da neke (ali jedva većina) zvijezda imaju svoje planetarne sisteme, slične našem Sunčevom sistemu.