מה יש ביקום ואיך זה עובד. ההרכב הכימי של החומר ביקום התפתחות החומר וההרכב הכימי הממוצע של היקום

גיאולוגיה -מדעי כדור הארץ (מיוונית Ge - Earth, logos - הוראה). בעבר הלא רחוק, עד סוף המאה ה-19, ייצגה הגיאולוגיה מדע מאוחד על מקור כדור הארץ והקליפות החיצוניות הקשות שלו, הרכבם, התפתחותם ההיסטורית, המבנה הפנימי והעולם האורגני. העניין האדיר בכדור הארץ, הקשור לצורך בחיפוש אחר חומרי גלם לתעשייה משגשגת, הוביל לצמיחה מהירה של הידע הגיאולוגי. בגיאולוגיה החלו להפריד חלקים על הרכב כדור הארץ, ההיסטוריה שלו, התבליט, העולם האורגני ואחרים, ולאחר מכן הפכו למדעים עצמאיים. בואו נרשום את המדעים האלה.

ליתולוגיה -מדע ההרכב, המבנה, המרקם והמקור של סלעי משקע. הליתולוגיה העכשווית מורכבת משלושה חלקים. הראשון מכסה שיטות וטכניקות של חקר שדה ומעבדה. השני, בהיקף הפטרוגרפיה של סלעי משקע, חוקר את הרכב המינרלים והכימיים, המבנה והמרקם של סלעים. החלק השלישי, סדימנטולוגי, מנתח את המהלך הכללי ואת הקביעות של תהליך המשקע.

גיאוכימיה -מדע ההרכב הכימי של כדור הארץ, חוקי השפע והתפוצה של יסודות כימיים בו והגירתם.

מינרלוגיה -מדע המינרלים, תרכובות כימיות של יסודות המהווים את הבסיס לקליפה המוצקה של כדור הארץ.

קריסטלוגרפיה- מדע הצורה הגבישית של מינרלים. מדע זה קשור קשר בל יינתק למינרלוגיה.

פטרוגרפיה -מדע החוקר סלעים שנוצרו בתהליכים גיאולוגיים בתוך כדור הארץ.

גיאופיזיקה -מדע התכונות הפיזיקליות של כדור הארץ והחומרים מהם הוא מורכב.

גיאולוגיה הנדסית -ענף בגיאולוגיה החוקר את התכונות הפיזיקליות של סלעים בקשר להנדסת אנוש.

גיאולוגיה מינרלית -קטע בגיאולוגיה החוקר את תנאי היווצרות ודפוסי התפוצה של מרבצי מינרלים.

הידרוגיאולוגיה -מדע מי התהום, איכותם, תפוצתם, תנועותיהם ומקומות ההפקה האפשריים.

גיאוטקטוניקה -מדע המבנה, תנועות העיוותים והתפתחות הקונכיות החיצוניות הקשות של כדור הארץ בקשר להתפתחותו בכללותה.

גיאולוגיה מבנית -המדע של צורות התרחשותן של פעולות כרייה, הסיבות להתרחשותן ותולדות ההתפתחות.

פליאונטולוגיה -מדע החוקר את החי והצומח של תקופות גיאולוגיות קודמות משאריות מאובנים.

כל מדעי הגיאולוגיה הללו קשורים קשר הדוק למדעי הטבע - כימיה, פיזיקה, ביולוגיה ומתמטיקה.

היסטוריה קצרה של הגיאולוגיה

ההיסטוריה בת מאות השנים של הגיאולוגיה החלה בהופעתו של האדם.

המושגים הראשונים של גיאולוגיה הופיעו בימי קדם, מאז התקופה שבה אדם לקח לראשונה אבן בידיו, עשה את גרזן האבן הראשון, טיפ לנשק זריקת ...

למרות העובדה שהגיאולוגיה הייתה בתחילת דרכה, כבר אז נקבעו הכיוונים בהשקפות על התפתחות כדור הארץ.

1. קטסטרופה- מערכת ההשקפות, לפיה התפתחות כדור הארץ היא סדרה של קטסטרופות. אלו הן התפרצויות געשיות, רעידות אדמה, נפילת מטאוריטים, שיטפונות - כל אלו הם האירועים העיקריים שמשנים את פני כדור הארץ.

2. נפטוניזם- (נפטון - אל הים של היוונים הקדמונים) - הדוקטרינה שלפיה כל דבר על פני כדור הארץ נוצר ממים.

3. פלוטוניזם- (פלוטו במיתולוגיה היוונית הוא אל השאול) - הכיוון בהשקפות על התפתחות כדור הארץ, הקשור באופן בלעדי למעיים שלו.

עם זאת, זמן הופעתה של הגיאולוגיה כמדע נחשב למחצית השנייה של המאה ה-18 - תקופת הופעתה והתפתחותה המהירה של תעשיית הכרייה.

ברוסיה זה בא לידי ביטוי בהצטברות אינטנסיבית של ידע גיאולוגי בעל ערך יישומי על מרבצי ברזל ועפרות נחושת, מרבצי עופרת כסף באוראל, אלטאי וטרנסבייקליה, גופרית מקומית באוקראינה, אבנים צבעוניות באורל.

מייסד ההכללה של הידע הגיאולוגי ברוסיה היה מ' לומונוסוב, ובמערב אירופה - ד' גטון וא.ג. ורנר.

מ' לומונוסוב, המסכם את הידע המפוזר של מינרלוגיה, כרייה, פיזיקה וכימיה של תופעות טבע, העלה את הרעיון של היווצרות פני כדור הארץ עקב האינטראקציה של כוחות פנימיים וחיצוניים, חישב את עובי קרום כדור הארץ. , הסביר את מקורם של מינרלים וסלעים.

תצפיות על השרידים הפליאונטולוגיים באוספים שהתקבלו משטחה של רוסיה האירופית אפשרו להניח את היסודות לשיטת האקטואליזם (כל תופעות העבר התנהלו באותו האופן שבו תופעות דומות מתקיימות כעת) "על שכבות של כדור הארץ." בעבודה זו, הוא הניח את הרעיונות הבסיסיים של תורת האבולוציה, שפותחו מאוחר יותר על ידי המדען האנגלי סי ליאל. מ' לומונוסוב הגדול, עם יצירותיו, הניח את היסוד לדוקטרינה הגיאולוגית, שעליה צמח לימים בניין המדע הגיאולוגי.

לראשונה, מחקר אקדמי הדגיש את התפקיד החשוב ביותר של זהיר מחקר שדה.לפיכך, המחלוקת על שורש התהליכים הגיאולוגיים הוכרעה לטובת ה"פלוטוניסטים". על שלילת רעיונות ה"קטסטרופיסטים", גיאולוגים אבולוציוניים בתחילת המאות ה-18-19 סללו את הדרך לפיתוח הגיאולוגיה ההיסטורית והדינמית.

האקדמאי הרוסי P.S. פאלאס, סכסון א.ג. ורנר, המדען הגרמני L. Buch, האנגלי R.I. מורצ'יסון, כתוצאה מאיסוף וניתוח של כמות גדולה של חומר עד 1850, יצר את התנאים המוקדמים להופעתו של המדע. גיאוטקטוניקה.הדוקטרינה של גיאו-סינקלינים "ניידים" ופלטפורמות "יציבות" פותחה באותה תקופה על ידי J. Hall, J. Dan, A.P. קרפינסקי ואחרים.

במקביל, שיטות הפיזיקה, האופטיקה והמתמטיקה נמצאות בשימוש נרחב בגיאולוגיה.

ג' סורבי וג' רוזנבוש השתמשו במיקרוסקופ אופטי כדי לחקור סלעים. E.S. פדורוב המציא שלב אוניברסלי למדידת תכונות אופטיות של מינרלים. ד. פראט וג'יי אירי היו חלוצים בשימוש בנתונים גיאופיזיים. הם פיתחו תיאוריה איזוסטזי(1855), לפיו קרום כדור הארץ נמצא בשיווי משקל כבידתי כמעט בכל מקום.

ההתקדמות במיפוי הגיאולוגי במחצית השנייה של המאה ה-19 יצרה את התנאים המוקדמים להכללות גיאולוגיות עבור אזורים בודדים, מדינות ויבשות. בשנת 1875, נוצר ארגון בינלאומי של גיאולוגים, הקונגרס הגיאולוגי הבינלאומי (IGC), שבו נדונו בישיבות תוצאות המחקר הגיאולוגי, עקרונות שיתוף הפעולה הבינלאומי באיחוד מפות גיאולוגיות, מינוח הסלעים, סטרטיגרפיה פותחו חטיבות וכו'.

ברוסיה, בשנת 1882, הוקמה הוועדה הגיאולוגית כדי לתכנן ולכוון את המחקר הגיאולוגי על שטחה של רוסיה. בראש ועדה זו עמד א.פ. קרפינסקי.

מחקר במרכז אסיה קשור בשמו של I. Mushketov. V.A. אוברוצ'וב למד את מרכז אסיה ומזרח סיביר. מדענים מפורסמים כמו A.E. פרסמן ו-V.I. ורנדסקי.

העבודות של I.M. גובקין. הוא נתן הערכה חיובית לגבי הסיכויים לפוטנציאל הנפט והגז של צפון הקווקז, אזור אוראל-וולגה ומערב סיביר.

הקונגרסים הגיאולוגיים הבינלאומיים של 1937 ו-1984 בברית המועצות מעידים על היוקרה הגוברת של מדע הגיאולוגיה הסובייטי.

וינוגרדוב, חיין, סטראכוב, שצקי ומדענים אחרים מילאו תפקיד חשוב במחקר הגיאולוגי.

שאלות בקרה:

1. רשום את הכיוונים העיקריים בהשקפות על התפתחות כדור הארץ.

2. באיזו שנה הוקם הארגון הבינלאומי של גיאולוגים - הקונגרס הגיאולוגי הבינלאומי (IGC)?

3. באיזו שנה הוקמה הוועדה הגיאולוגית ברוסיה?

הרצאה 2. מבנה ומקור היקום.

המבנה של הגלקסיה שלנו

שאלות להרצאה:

1. היווצרות היקום.

2. ההרכב הכימי של היקום.

3. כדור הארץ ככוכב לכת של מערכת השמש.

4. צורת וגודל כדור הארץ.

5. מבנה כדור הארץ. פני כדור הארץ.

6. שיטות לחקר המבנה הפנימי של כדור הארץ.

7. גיאוספרות חיצוניות ופנימיות של כדור הארץ.

8. הופעת קרום כדור הארץ.

מושא חקר הגיאולוגיה הוא כדור הארץ. כדי ללמוד אותו, נדרש ידע גם על כוכבי לכת אחרים, כוכבים, גלקסיות, שכן כולם נמצאים באינטראקציה מסוימת מרגע הופעתם ביקום. לכן, הפלנטה שלנו היא רק חלקיק מהחלל החיצון.

חינוך היקום

היקום נוצר לפני כ-18-20 מיליארד שנים. עד לאותה תקופה, כל החומר שלו היה בתנאים של טמפרטורות וצפיפות גבוהות, שהפיזיקה המודרנית אינה מסוגלת לתאר. מצב זה של החומר נקרא "יחיד". התיאוריה של היקום המתרחב, או "המפץ הגדול", נוצרה לראשונה ברוסיה על ידי א.א. פרידמן ב-1922. מהות התיאוריה: חומר במצב יחיד עבר התפשטות פתאומית, שבמונחים כלליים ניתן לדמות לפיצוץ. השאלה העולה תמידית "מה קרה לפני המפץ הגדול", לפי הפיזיקאי האנגלי ס. הוגינס, היא בעלת אופי מטפיזי. המצב הקודם לא השפיע לאחר מכן על היקום הנוכחי בשום צורה.

ההרכב הכימי של היקום

ההרכב הכימי של היקום הוא ¾ מימן ו¼ הליום במסה. כל שאר האלמנטים אינם עולים אפילו על 1% בהרכב היקום. יסודות כבדים הופיעו ביקום הרבה יותר מאוחר, כאשר, כתוצאה מתגובות תרמו-גרעיניות, כוכבים "נדלקו", ובמהלך פיצוצי סופרנובה הם הושלכו לחלל החיצון.

מה יכול להיות העתיד עבור היקום? התשובה לשאלה זו טמונה בקביעת הצפיפות הממוצעת של היקום. צפיפות הזרם היא 10 -29 גרם / ס"מ 3, שהם 10 -5 יחידות מסה אטומית ב-1 ס"מ 3. כדי לדמיין צפיפות כזו, אתה צריך לחלק 1 גרם של החומר על קובייה עם צד של 40 אלף ק"מ!

אם הצפיפות הממוצעת שווה או מעט נמוכה יותר צפיפות קריטית, היקום רק יתרחב, אבל אם הצפיפות הממוצעת תהיה גבוהה יותר מהקריטית, אזי התפשטות היקום תיפסק עם הזמן והוא יתחיל להתכווץ, ויחזור למצב הסינגולרי.

כמיליארד שנים לאחר המפץ הגדול, כתוצאה מדחיסה של ענני גז ענקיים, החלו להיווצר כוכבים וגלקסיות - צבירים של מיליוני כוכבים. כל כוכב נוצר כתוצאה מקריסה של ענן קוסמי של גז ואבק. כאשר הדחיסה במרכז המבנה מובילה לטמפרטורות גבוהות מאוד, מתחילות תגובות גרעיניות במרכז ה"חבורה"; הפיכת המימן להליום עם שחרור אנרגיה עצומה, כתוצאה מהקרינה שבה הכוכב זוהר. הליום הופך לאחר מכן לפחמן.

כדור הארץ ככוכב לכת של מערכת השמש

כדור הארץ הוא חלק מהיקום ומערכת השמש שלנו היא אחת מ-100 מיליארד. כוכבים בגלקסיה הכוכבית, שגילה כ-12 מיליארד. שנים. גילה של מערכת השמש, אליה שייך כדור הארץ, הוא כ-6 מיליארד. שנים.

יש תשעה כוכבי לכת במערכת השמש. לכוכבי הלכת יַבַּשׁתִיכוללים את מרקורי, נוגה, כדור הארץ ומאדים, לכוכבי הלכת החיצוניים- צדק, שבתאי, אורנוס, נפטון ופלוטו. רדיוס מערכת השמש הוא 5.917 מיליארד ק"מ (מכדור הארץ לשמש הוא 149, 509 מיליון ק"מ).

כוכבי לכת יבשתיים צפופים יחסית, אך הם קטנים יחסית בגודלם ובמסתם. למרקורי אין אטמוספרה, לשאר כוכבי הלכת מהסוג הזה יש את זה, ובמאדים האטמוספירה קרובה לזו של כדור הארץ.

כוכבי הלכת החיצוניים עצומים בגודלם ובמסתם, אך צפיפותם נמוכה יחסית. האטמוספרות של כוכבי לכת אלה מורכבות בעיקר מתאן ואמוניה.

לכן השמש.המסה שלו היא 99.87% ממסת המערכת. לגדול כוכבי הלכת, צדק, יש מסה של 0.1% ממסת המערכת. השמש היא כדור פלזמה (מימן 90% והליום 10%) עם טמפרטורת פני השטח של כ-5600 0. כל גופי המערכת קשורים לשמש בכוח המשיכה הכבידה ולכן משפיעים זה על זה. למסה העצומה של השמש ולאנרגיית הקרינה שלה יש השפעה רבה על תהליכים גיאולוגיים רבים, הן על הליבה הפנימית והן על המעטפת האבנית של כדור הארץ.

מקורם של מערכת השמש וכדור הארץ בפיתוח המחשבה הגיאולוגית נותר במרכז תשומת הלב של המדענים. לפי דעותיו של הפילוסוף הגרמני I. Kantaהיווצרות הכוכבים והשמש התרחשה בהשפעת כוחות הכבידה. פ. לפלספיתח את התיאוריה שלו, והעשיר אותה בתנועה הסיבובית של חלקיקי חומר בערפילית גז נדירה ומלוהטת. לפי השערת קאנט-לפלאס, קרישי חומר יצרו עוברים של כוכבי לכת. כוכבי לכת מתקררים בהדרגה, כמו גם כדור הארץ התקרר והתעוות. רעיון מתקדם למדי זה עם התפתחות המחקר האסטרונומי התברר מאוחר יותר כלא מספק.

רוב המדענים מאמינים שהיקום הוא בן 14 מיליארד שנים. גם תיאוריית המפץ הגדול נחשבת למוכחת, אך הגורמים לה עדיין מתוארים רק על ידי השערות. בפרט, אחת התיאוריות מציעה שהגורם היה תנודות הקוונטות בוואקום, ולפי תורת המיתרים, הפיצוץ נגרם מהשפעות חיצוניות. בהקשר זה, מספר חוקרים הטילו ספק בייחודיות של היקום, מתוך אמונה כי ישנם כמה או אפילו מספר אינסופי מהם, שכן הם נוצרים כל הזמן.

לאחר המפץ הגדול, היקום עבר שלב של התפשטות מהירה. מאמינים שבאותה תקופה העניין שהורגלנו בו עוד לא היה קיים. זה הגיח מאוחר יותר מהאנרגיה שנוצרה מהמפץ הגדול. הכוכבים הראשונים הופיעו לא לפני 500 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. יש לציין שתהליך ההתפשטות של היקום נמשך עד היום.

באופן כללי, לרוב התהליכים הגלובליים של היקום, למשל, התפשטותו, תהיה השפעה מועטה על החיים על פני כדור הארץ בעתיד הנראה לעין.

הרכב היקום

כפי שמציינים מדענים, הדבר העיקרי ביקום הוא שהוא מורכב מ-75% ממנו. כמו כן, העיקריים של כל החלל שמסביב הם הליום ופחמן. רוב היקום תפוס על ידי מה שנקרא אנרגיה אפלה וחומר אפל, חומרים אלה נחקרו מעט, והרעיונות לגביהם הם בעיקר מופשטים. החומר הרגיל הוא רק 5-10%.

צורת הארגון העיקרית של החומר ביקום היא כוכבים וכוכבי לכת. הם יוצרים גלקסיות - צבירים שבהם גרמי השמיים חווים משיכה הדדית ומשפיעים זה על זה. מערכות אלו שונות בצורתן, למשל, שביל החלב שייך לגלקסיות ספירליות.

גלקסיות מתאחדות לקבוצות, ואלו, בתורן, לצבירי-על. מערכת השמש ממוקמת בגלקסיית שביל החלב, אשר, בתורה, שייכת לצביר העל בתולה. יש לציין שכדור הארץ אינו ממוקם במרכז היקום, אלא גם לא בפאתי היקום.

השמש היא כוכב קטן יחסית בקנה מידה של היקום.

בנוסף לכוכבים וכוכבי לכת, ישנם עצמים אחרים ביקום, כמו שביטים. למרות שמסלולם רחב יותר מזה של כוכבי הלכת, הם עדיין נעים במסלולם. לדוגמה, השביט של האלי טס קרוב לשמש כל 76 שנים. קטגוריה ידועה נוספת של עצמים בחלל היא אסטרואידים. הם קטנים יותר מכוכבי לכת וחסרי אטמוספירה. אסטרואידים יכולים להוות סיכון ממשי לכדור הארץ - מדענים מסוימים מאמינים כי היעלמותם של דינוזאורים ושינויים אחרים בחי ובצומח של אותה תקופה יכולים להיות קשורים להתנגשות כדור הארץ בגוף שמימי זה.

1.2 אבולוציה של היקום. תהליך היווצרות החומר

היה עוד רגע אחד, מיוחד במהלך של תהליכים פיזיקליים ביקום המתרחב לאחר המפץ הגדול. אלקטרונים ופוזיטרונים, שנוצרו בטמפרטורות גבוהות כתוצאה מהתנגשות של חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה, הפסיקו להיווצר כשהטמפרטורה ירדה לכמה מיליארדי מעלות. האנרגיה של החלקיקים המתנגשים הפכה לבלתי מספקת להיווצרותם. האלקטרונים והפוזיטרון הזמינים מחסלים, ונוצרים פוטונים. לפיכך, מספר הפוטונים גדל. לאחר זמן מה מסתיים תהליך ההשמדה. אז, בסוף התקופה השנייה של 5 דקות, התהליכים ביקום המוקדם והחם מסתיימים. הטמפרטורה יורדת מתחת למיליארד מעלות. היקום מפסיק להיות חם. לכן מתחילה תקופה של תהליכים שונים לגמרי, שנמשכת שלוש מאות אלף שנה.

בשלב זה, עדיין אין אטומים. החומר של היקום הוא פלזמה, כלומר כמה גרעינים חשופים ללא אלקטרונים מקיפים. הפלזמה הזו "ממולאת" בפוטונים. לכן, זה נקרא פלזמה פוטונית. הוא אטום לפוטונים. האור בלחץ שלו רק מרעיד אותו מעט, ויוצר "צליל פוטון". המוליך העיקרי של כל מה שקורה ביקום המתרחב בכל שלוש התקופות הוא הטמפרטורה. היקום לא רק מתרחב, אלא בו זמנית (או יותר נכון, לכן) הוא מתקרר. כשהטמפרטורה יורדת לארבעת אלפים מעלות, מתרחשת זינוק נוסף באופי התהליכים: מתחילים להיווצר אטומים ניטרליים. הפלזמה מפסיקה להיות מיוננת לחלוטין. מספר האטומים הנייטרליים גדל. הם נוצרים כתוצאה מהתכלות של גרעיני המימן וההליום הנמצאים בפלזמה באלקטרונים. כך מופיעים מימן והליום ניטרליים ביקום המתרחב. כשהפלזמה החלה להפוך לגז ניטרלי, היא הפכה שקופה לפוטונים. זה היה הרגע הזה, שלוש מאות אלף שנה אחרי המפץ הגדול, שהפוטונים נמלטו משבי כל כך ארוך (שנקרא עידן הפלזמה הפוטונית) ומיהרו אל הפינות המרוחקות ביותר של היקום. לשינויים האיכותיים הללו היו השלכות מרחיקות לכת. העיקרי שבהם, ככל הנראה, הוא שהפלזמה ההומוגנית שקודם לכן הופכת לגז ניטרלי, הצליחה להתאסף לגושים. וזהו הצעד הראשון לקראת היווצרותן של גלקסיות וכל גרמי השמים בכלל. למה זה לא יכול לקרות בפלזמה? כי גוש הפלזמה שנוצר נעל פוטונים בתוך עצמו, שהפעילו עליו לחץ אדיר מבפנים ושבר אותו. הגוש לא צמח עוד יותר, אלא להיפך, קרס. הפלזמה הפכה שוב להומוגנית. אבל כשהפוטונים, כמו קיטור מבלון מתפוצץ, שוחררו, שום דבר לא מנע מהחומר הנייטרלי להתאסף לגושים.

קודם כל, עולה שאלה טבעית, איך אנחנו יודעים שהיקום מתפשט. זה בשום אופן לא מובן מאליו. להיפך, בכל התקופות האמינו שהיקום הוא נייח, כלומר לאחר שיגורו, כמו שעון, והיה חשוב רק לברר כיצד פועל המנגנון של השעון הזה. אבל התברר שמנגנון היקום משתנה עם הזמן. היקום מתפתח, מתפתח, כלומר הוא לא נייח. הראשון שחשב על כך היה הפיזיקאי הסובייטי א' פרידמן, שעבד בפטרוגרד בשנות ה-20. הוא פתר באופן מתמטי בקפדנות את משוואות תורת הכבידה מאת א' איינשטיין וקבע שהיקום אינו יכול להיות נייח, הוא חייב כל הזמן להשתנות ולהתפתח. אם נקבל את הנייחות שלו, אז תחת פעולת כוחות המשיכה, הוא צריך להתכווץ בהדרגה. דחיסה תחת פעולת כוחות כבידה יכולה להיות מעוכבת על ידי כוחות הנובעים מתנועות מעגליות של גופים במסלוליהם, כפי שקורה במערכת השמש. בגלקסיות אליפטיות נכנסת לתוקף תגובה נוספת - תנועת גופים לאורך מסלולים מוארכים מאוד. לגבי היקום כולו, אז לא הסבר זה או אחר הוא בלתי אפשרי, שכן כדי לאזן את פעולת כוחות הכבידה, יהיה צורך להאיץ אותו למהירויות העולות על מהירות האור. וזה אסור על פי חוקי הפיזיקה. מסתבר שאין במה לאזן את כוחות הכבידה ביקום.

גם א' איינשטיין עסק בבעיה זו ומצא מוצא בעובדה שהוא שינה את משוואות תורת הכבידה, באופן שכוחות המשיכה אוזנו על ידי כמה כוחות דחיה שהוכנסו על ידו, שלפי דבריו. ההנחה שלו, צריכה לפעול בין כל הגופים ביקום (יחד עם כוחות המשיכה). אז הוא השיג בצורה לא חוקית פתרונות סטטיסטיים המתארים יקום נייח. הוא פרסם תשובה לעבודתו של פרידמן שפורסמה בסוף יוני 1922 ב"פיזיקלי ג'ורנל" הגרמני באותו מקום, בה ציין שמצא טעות בחישוביו של א.פרידמן, והפתרונות הנכונים נותנים יקום נייח. . רק כמעט שנה לאחר מכן (במאי 1923)

א' איינשטיין הצליח לשכנע את א' פרידמן בנכונות, והוא הודה בכך בפומבי.

בתהליך היווצרות החומר ביקום, ניטרינו ממלאים תפקיד חשוב. בשלב הראשון (בשניות הראשונות לאחר הפיצוץ), הנייטרינו מיישר את האי-הומוגניות המתרחשות באקראי של צפיפות החומר ביקום. זה היה אפשרי מכיוון שלניטרינו היו אנרגיות גבוהות (מהירויות קרובות למהירות האור). אבל השוויון של צפיפות החומר מתרחש רק בסולמות מרחביים קטנים (לפי מושגים קוסמיים). עם זאת, עם הזמן, עקב התפשטות היקום, הניטרינו מאבדים את האנרגיה שלהם. כ-300 שנות אור לאחר תחילת ההתפשטות, ניטרינו הנופלים לעיבוי של צפיפות (גוש) אינם מסוגלים עוד לצאת ממנו, אין להם מספיק אנרגיה לכך. הם אינם מונעים עוד היווצרות של אי-הומוגניות במהות היקום.

אבולוציה של כוכבים

2.1 היווצרות כוכבים מגז

אחת ההשערות מניחה שכוכבים נוצרים מחומר גזי, החומר הגזי שעדיין נצפה בגלקסיה. החל מהרגע שבו המסה והצפיפות של החומר הגזי מגיעים לערך מסוים, קריטי, החומר הגזי, בהשפעת המשיכה שלו עצמו, מתחיל להתכווץ ולהתעבות. במקרה זה, נוצר תחילה כדור גז קר. אבל הדחיסה נמשכת, והטמפרטורה של כדור הגז עולה. האנרגיה הפוטנציאלית של חלקיקים בשדה הכבידה של כדור גז הופכת פחותה כאשר מתקרבים למרכז. חלק מהאנרגיה הפוטנציאלית מומרת לאנרגיית חום.

ואז כדור הגז יתחמם, הוא יפלוט אנרגיה תרמית באמצעות קרינה משכבות פני השטח. לכן הוא יתקרר תחילה בשכבת פני השטח, ולאחר מכן בשכבות עמוקות יותר. אם מקורות אנרגיה חדשים לא הופיעו בכדור הגז הזה (כוכב), תהליך הדחיסה היה מוביל די מהר להיעלמות האנרגיה ולהכחדת הכוכב. כל האנרגיה תיסחף על ידי הקרינה. אבל למעשה, תהליך זה מורכב יותר. כתוצאה מהדחיסה, האזורים המרכזיים של הכוכב מתחממים לטמפרטורות גבוהות מאוד. הם ממוקמים עמוק מאוד ולכן כמעט ולא חווים את השפעת הקירור, הנגרמת מקרינה משכבות פני השטח. כאשר הטמפרטורה של אזור המרכז מגיעה לכמה מיליוני מעלות, מתחילות להתרחש בו תגובות תרמו-גרעיניות. הם מלווים בשחרור של כמות גדולה של אנרגיה.

לפיכך, התקופה הראשונה של היווצרות הכוכבים היא תקופת ההתכווצות. זה נמשך עד שמתחילות להתרחש תגובות תרמו-גרעיניות באזור המרכזי של הכוכב. במהלך תקופת ההתכווצות, הטמפרטורה של הכוכב עולה. לכן, הסוג הספקטרלי של הכוכב הופך מוקדם יותר. באשר לבהירות הכוכב, במהלך תקופת הדחיסה, עלייתו תוקל על ידי עלייה בטמפרטורת פני השטח, כמו גם עלייה בשקיפות החומר המחומם. לכן, קרינה משכבות עמוקות וחמות יותר תעזוב ישירות את הכוכב. אבל גם המנגנון ההפוך עובד. הקטנת רדיוס הכוכב תקטין את עוצמת הבהירות. מומחים העריכו את הפעולה המשולבת של כל המנגנונים והגיעו למסקנה שבתקופת ההתכווצות של הכוכב, עדיין יש עלייה קלה בבהירות הכוכב. זו הסיבה שבדיאגרמת הספקטרום - זוהר, האבולוציה במהלך תקופת הדחיסה מתקדמת לאורך קווים הנעים מימין לשמאל ועולים מעט כלפי מעלה. זה מוצג באיור 17. ההבדל בקווים האבולוציוניים בתרשים נקבע על ידי ההבדל במסה של ענני הגז שמהם נוצרו הכוכבים. ככל שהמסה גדולה יותר, הבהירות גדולה יותר, כך הקו האבולוציוני גבוה יותר בתרשים.

כשתקופת הדחיסה מגיעה לסיומה ומתחילות להתרחש תגובות טמפרטורה בתוך הכוכב, כל הכוכבים מופיעים ברצף הראשי של הספקטרום - דיאגרמת הזוהר. בתגובה תרמו-גרעינית, מימן הופך להליום. במקרה זה, ארבעה פרוטונים (ארבעה גרעינים של אטום מימן) יוצרים את הגרעין של אטום הליום. המסה העודפת שנוצרה מומרת לאנרגיה: כ-0.007 מהמסה של חומר מומרת לאנרגיית קרינה במהלך תגובה זו.

התכווצות הכוכב נעצרת מכיוון שאנרגיה מגיעה מתגובות תרמו-גרעיניות, מה שמנוגד את ההתכווצות. זה מפצה על צריכת האנרגיה עבור קרינה. כל עוד הכל מתנהל בצורה כזו, הכוכב ישמור על מאפייניו הפיזיקליים הבסיסיים קבועים - רדיוס, טמפרטורה, בהירות. הוא יישאר על הספקטרום - דיאגרמת בהירות על קו הרצף הראשי. אבל לאחר זמן מה, המימן בחלק המרכזי של הכוכב יגמר. כתוצאה מכך, רדיוס הכוכב אמור לעלות, והטמפרטורה שלו צריכה לרדת. במקרה זה, הבהירות תגדל מעט. המשמעות היא שהכוכב יתחיל לעבור מהרצף הראשי לימין ולמעלה. קצב העקירה הזו תלוי בקצב שריפת המימן, אשר, בתורו, תלוי מאוד בטמפרטורה. קצב התגובות התרמו-גרעיניות הוא פרופורציונלי בקירוב לחזק ה-15 של הטמפרטורה! לכן, אותם כוכבים עם טמפרטורות גבוהות יותר באזורים המרכזיים שלהם עוזבים את הרצף הראשי מהר יותר ונעים מהר יותר ימינה ומעלה בתרשים. מצד שני, הטמפרטורה של אזורי המרכז גבוהה יותר עבור כוכבים בעלי מסה גדולה. לכוכבים אלה יש שדה כבידה חזק ויותר אנרגיית כבידה פוטנציאלית. אנרגיה זו היא המומרת לאנרגיה תרמית במהלך הדחיסה.

מסיבות אלו, כוכבים בעלי מסות גדולות ובהירות גבוהים עוזבים את הרצף הראשי ימינה ומעלה מהר יותר. במקביל, הם נעים לכיוון החלק בתרשים שבו נמצא ענף הענקים. איור 1 מראה כי כוכבים בעלי מסה גבוהה, ולכן, עוצמת בהירות גבוהה, מתפתחים מהר יותר, הופכים לענקים אדומים, כאשר כוכבים בעלי מסה נמוכה יותר התרחקו רק מעט מקו הרצף הראשי.

איור 1. תזוזות אבולוציוניות של כוכבים על הספקטרום - דיאגרמת בהירות לאחר דלדול מימן באזורים המרכזיים

מגיע הרגע שבו כל המימן בכוכב הענק נשרף. בכך הם יגיעו לשלב הענק האדום. ואז התכווצות הליבה שלהם, המורכבת מהליום, תוביל לעלייה נוספת בטמפרטורה. זה עולה לערכים של מעל 100 מיליון מעלות. אז מתחילה תגובה תרמו-גרעינית חדשה, שכתוצאה ממנה נוצרים גרעינים של אטום פחמן משלושה גרעינים של אטומי הליום. והתגובה הזו מלווה באובדן מסה ובשחרור אנרגיית קרינה. כתוצאה מכך, הטמפרטורה של הכוכב עולה. הכוכב מתחיל את תנועתו החדשה על הספקטרום - דיאגרמת הזוהר.

מה אנחנו יודעים על היקום, מהו הקוסמוס? היקום הוא עולם חסר גבולות שקשה לתפוס על ידי המוח האנושי, שנראה לא אמיתי ולא חומרי. למעשה, אנו מוקפים בחומר, חסרי גבולות במרחב ובזמן, המסוגלים ללבוש צורות שונות. כדי לנסות להבין את קנה המידה האמיתי של החלל החיצון, כיצד פועל היקום, מבנה היקום ותהליכי האבולוציה, עלינו לעבור את סף התפיסה שלנו את העולם, להסתכל על העולם הסובב אותנו ממקום אחר. זווית, מבפנים.

היווצרות היקום: צעדים ראשונים

החלל שאנו צופים בו באמצעות טלסקופים הוא רק חלק מהיקום הכוכבי, מה שנקרא מגאלקסיה. הפרמטרים של האופק הקוסמולוגי האבל הם עצומים - 15-20 מיליארד שנות אור. נתונים אלה הם משוערים, שכן בתהליך האבולוציה היקום מתרחב כל הזמן. התפשטות היקום מתרחשת באמצעות התפשטות של יסודות כימיים וקרינת שריד. מבנה היקום משתנה כל הזמן. צבירי גלקסיות מופיעים בחלל, בעצמים ובגופים של היקום - אלו מיליארדי כוכבים היוצרים את היסודות של החלל הקרוב - מערכות כוכבים עם כוכבי לכת ולוויינים.

איפה ההתחלה? איך נוצר היקום? היקום אמור להיות בן 20 מיליארד שנה. אולי מקור החומר הקוסמי היה אב טיפוס חם וצפוף, שהצטברותו התפוצצה ברגע מסוים. החלקיקים הקטנים ביותר נוצרו כתוצאה מהפיצוץ מפוזרים לכל הכיוונים, וממשיכים להתרחק מהמוקד בזמננו. תיאוריית המפץ הגדול, ששולטת כיום בחוגים מדעיים, מתאימה ביותר לתיאור תהליך היווצרותו של היקום. החומר שנוצר כתוצאה מהקטקלזמה הקוסמית היה מסה הטרוגנית, המורכבת מהחלקיקים הלא יציבים הקטנים ביותר, אשר, מתנגשים ומתפזרים, החלו לקיים אינטראקציה זה עם זה.

המפץ הגדול היא תיאוריה של מקור היקום שמסבירה את היווצרותו. לפי תיאוריה זו, בתחילה הייתה כמות מסוימת של חומר, שכתוצאה מתהליכים מסוימים, התפוצצה בעוצמה אדירה, ופיזרה את מסת האם לחלל שמסביב.

לאחר זמן מה, בסטנדרטים קוסמיים - רגע, לפי כרונולוגיה ארצית - מיליוני שנים, החל שלב ההתממשות של החלל. ממה בנוי היקום? החומר המפוזר החל להתרכז לגושים, גדולים וקטנים, שבמקומם החלו להופיע לאחר מכן היסודות הראשונים של היקום, מסות גזים ענקיות - חדר הילדים של הכוכבים העתידיים. ברוב המקרים, תהליך היווצרותם של עצמים חומריים ביקום מוסבר על ידי חוקי הפיזיקה והתרמודינמיקה, עם זאת, ישנן מספר נקודות שעדיין מתנגדות להסבר. לדוגמה, מדוע בחלק אחד של החלל החומר מתפשט מרוכז יותר, בעוד שבחלק אחר של היקום, החומר נדיר ביותר. את התשובות לשאלות אלו ניתן לקבל רק כאשר מתברר מנגנון היווצרותם של עצמים בחלל, גדולים וקטנים.

כעת, תהליך היווצרותו של היקום מוסבר על ידי פעולת חוקי היקום. חוסר יציבות ואנרגיה של כבידה באזורים שונים הובילו להיווצרותם של פרוטוסטארים, שבתורם, בהשפעת הכוחות הצנטריפוגליים וכוח הכבידה, יצרו גלקסיות. במילים אחרות, בעוד החומר המשיך וממשיך להתרחב, בהשפעת כוחות הכבידה החלו תהליכי דחיסה. חלקיקי ענני גז החלו להתרכז סביב המרכז הדמיוני, ובסופו של דבר יצרו חותם חדש. אבני הבניין של אתר הבנייה הענק הזה הן מימן והליום מולקולרי.

היסודות הכימיים של היקום הם חומר הבניין העיקרי שממנו נוצרו לאחר מכן אובייקטי היקום.

ואז חוק התרמודינמיקה מתחיל לפעול, תהליכי הריקבון והיינון מופעלים. מולקולות של מימן והליום מתפרקות לאטומים, שמהם, תחת פעולת כוחות הכבידה, נוצרת הליבה של הפרוטוסטאר. תהליכים אלו הם חוקי היקום ולקחו צורה של תגובת שרשרת, המתרחשת בכל הפינות הרחוקות של היקום, וממלאת את היקום במיליארדי, מאות מיליארדי כוכבים.

אבולוציה של היקום: הבהרה

כיום בחוגים מדעיים יש השערה לגבי האופי המחזורי של המדינות שמהן שזורה ההיסטוריה של היקום. כתוצאה מהתפוצצות של פרוטו-חומר, הצטברויות של גז הפכו למשתלות עבור הכוכבים, אשר בתורם יצרו גלקסיות רבות. עם זאת, לאחר שהגיע לשלב מסוים, החומר ביקום מתחיל לשאוף למצבו המקורי והמרוכז, כלומר. הפיצוץ וההתפשטות של החומר במרחב לאחר מכן מלווה בדחיסה וחזרה למצב צפוף, לנקודת ההתחלה. לאחר מכן, הכל חוזר על עצמו, הלידה מלווה בסופית, וכך הלאה במשך מיליארדי שנים רבות, עד האינסוף.

תחילתו וסופו של היקום בהתאם לאבולוציה המחזורית של היקום

עם זאת, בהשמטת נושא היווצרות היקום, שנותרה שאלה פתוחה, יש להמשיך למבנה היקום. עוד בשנות ה-30 של המאה העשרים, התברר שהחלל החיצון מחולק לאזורים - גלקסיות, שהן תצורות ענק, שלכל אחת מהן אוכלוסיית הכוכבים שלה. יתר על כן, גלקסיות אינן עצמים סטטיים. מהירות ההתפשטות של גלקסיות מהמרכז הדמיוני של היקום משתנה כל הזמן, כפי שמעידה התקרבותן של חלקן והמרחק של אחרות זו מזו.

כל התהליכים הללו, מבחינת משך החיים הארציים, נמשכים לאט מאוד. מנקודת המבט של המדע וההשערות הללו, כל התהליכים האבולוציוניים מתרחשים במהירות. ניתן לחלק את התפתחות היקום באופן מותנה לארבעה שלבים - תקופות:

עידן האדרוני;
עידן הלפטון;
עידן הפוטונים;
עידן כוכבים.

סולם הזמן הקוסמי וההתפתחות של היקום, לפיהם ניתן להסביר את המראה של עצמים בחלל

בשלב הראשון, כל החומר רוכז בטיפה גרעינית אחת גדולה, המורכבת מחלקיקים ואנטי-חלקיקים, משולבים לקבוצות - הדרונים (פרוטונים ונויטרונים). היחס בין חלקיקים לאנטי-חלקיקים הוא בערך 1: 1.1. ואז מגיע תהליך ההשמדה של חלקיקים ואנטי-חלקיקים. הפרוטונים והנייטרונים הנותרים הם אבני הבניין שמהן נוצר היקום. משך העידן ההדרוני זניח, רק 0.0001 שניות - פרק הזמן של תגובה נפיצה.

יתר על כן, לאחר 100 שניות, מתחיל תהליך סינתזה של יסודות. בטמפרטורה של מיליארד מעלות, היתוך גרעיני מייצר מולקולות מימן והליום. כל הזמן הזה, החומר ממשיך להתרחב בחלל.

מרגע זה, מתחיל שלב ארוך, בין 300 אלף ל-700 אלף שנים, של שילוב מחדש של גרעינים ואלקטרונים, ויוצרים אטומי מימן והליום. במקרה זה, נצפית ירידה בטמפרטורה של החומר, ועוצמת הקרינה יורדת. היקום הופך שקוף. נוצר בכמויות אדירות של מימן והליום בהשפעת כוחות הכבידה, הופך את היקום הקדמון לאתר בנייה ענק. מיליוני שנים לאחר מכן, מתחיל עידן הכוכבים – שהוא תהליך היווצרותם של פרוטוסטארים והפרוטוגלקסיות הראשונות.

החלוקה הזו של האבולוציה לשלבים מתאימה למודל היקום החם, שמסביר תהליכים רבים. הגורמים האמיתיים למפץ הגדול, מנגנון ההתפשטות של החומר, נותרו בלתי מוסברים.

המבנה והמבנה של היקום

עידן הכוכבים של התפתחות היקום מתחיל עם היווצרות גז מימן. מימן בהשפעת כוח הכבידה מצטבר באשכולות ענקיים, קרישים. המסה והצפיפות של צבירים כאלה היא עצומה, גדולה מאות אלפי מונים מהמסה של הגלקסיה שנוצרה עצמה. ההתפלגות הלא אחידה של המימן שנצפה בשלב הראשוני של היווצרות היקום מסבירה את ההבדלים בגדלים של הגלקסיות שנוצרו. היכן שהצטברות מירבית של גז מימן הייתה צריכה להתקיים, נוצרו מגאלקסיות. היכן שריכוז המימן היה זניח, הופיעו גלקסיות קטנות יותר, בדומה לבית הכוכב שלנו - שביל החלב.

הגרסה לפיה היקום הוא נקודת התחלה שסביבה מסתובבות גלקסיות בשלבי התפתחות שונים

מרגע זה, היקום מקבל את התצורות הראשונות עם גבולות ברורים ופרמטרים פיזיים. אלה כבר לא ערפיליות, צבירי גז כוכבים ואבק קוסמי (תוצרי פיצוץ), או צבירים של חומר כוכבי. אלו מדינות כוכבים, ששטחן עצום מנקודת המבט של המוח האנושי. היקום הופך להיות מלא בתופעות קוסמיות מעניינות.

מנקודת המבט של הרציונל המדעי והמודל המודרני של היקום, גלקסיות נוצרו לראשונה כתוצאה מפעולת כוחות הכבידה. החומר הפך למערבולת אוניברסלית ענקית. תהליכים צנטריפטליים הבטיחו את הפיצול הבא של ענני גז לצבירים שהפכו למקום הולדתם של הכוכבים הראשונים. פרוטוגלקסיות עם תקופת סיבוב מהירה הפכו עם הזמן לגלקסיות ספירליות. היכן שהסיבוב היה איטי, ובעיקר נצפה תהליך הדחיסה של החומר, נוצרו גלקסיות לא סדירות, לרוב אליפטיות. על רקע זה התרחשו ביקום תהליכים גרנדיוזיים יותר - היווצרותם של צבירי-על של גלקסיות, שנמצאים במגע הדוק עם הקצוות שלהם זה עם זה.

צבירי-על הם קבוצות רבות של גלקסיות וצבירי גלקסיות בתוך המבנה בקנה מידה גדול של היקום. בתוך מיליארד sv. שנים, ישנם כ-100 צבירי-על

מאותו רגע התברר שהיקום הוא מפה ענקית, שבה יבשות הן צבירי גלקסיות, ומדינות הן מגה גלקסיות וגלקסיות שנוצרו לפני מיליארדי שנים. כל אחת מהתצורות מורכבת מצבירי כוכבים, ערפיליות, צבירי גז בין-כוכבי ואבק. עם זאת, כל האוכלוסייה הזו היא רק 1% מהנפח הכולל של תצורות אוניברסליות. נפחן ונפחן של הגלקסיות תפוסים על ידי חומר אפל, שלא ניתן לברר את טיבו.

מגוון היקום: מחלקות של גלקסיות

באמצעות מאמציו של האסטרופיזיקאי האמריקני אדווין האבל, יש לנו כעת את גבולות היקום וסיווג ברור של הגלקסיות השוכנות בו. הסיווג התבסס על תכונות המבנה של תצורות ענק אלה. מדוע לגלקסיות יש צורות שונות? התשובה לשאלות זו ולשאלות רבות אחרות ניתנת על ידי סיווג האבל, לפיו היקום מורכב מגלקסיות מהמעמדות הבאים:

סְלִילִי;
סְגַלגַל;
גלקסיות לא סדירות.

הראשון כולל את התצורות הנפוצות ביותר שממלאות את היקום. מאפיין אופייני לגלקסיות ספירליות הוא נוכחותה של ספירלה מוגדרת היטב המסתובבת סביב ליבה בהירה או נוטה לסרגל גלקטי. גלקסיות ספירליות עם גרעין מסומנות בסמלי S, בעוד שעצמים עם פס מרכזי כבר מסומנים כ-SB. מחלקה זו כוללת גם את גלקסיית שביל החלב שלנו, שבמרכזה הליבה מחולקת על ידי פס זוהר.

גלקסיה ספירלית טיפוסית. במרכז, הליבה נראית בבירור עם גשר שמקצותיו בוקעות זרועות ספירליות.

תצורות כאלה מפוזרות ברחבי היקום. הגלקסיה הספירלית הקרובה ביותר, אנדרומדה, היא ענקית שמתקרבת במהירות לשביל החלב. הנציגה הגדולה ביותר של מחלקה זו המוכרת לנו היא הגלקסיה הענקית NGC 6872. קוטר הדיסק הגלקטי של המפלצת הזו הוא כ-522 אלף שנות אור. עצם זה ממוקם במרחק של 212 מיליון שנות אור מהגלקסיה שלנו.

המעמד הבא והנפוץ של תצורות גלקטיות הן גלקסיות אליפטיות. ייעודם בהתאם לסיווג האבל הוא האות E (אליפטית). תצורות אלו הן בצורת אליפסואידים. למרות העובדה שיש הרבה עצמים דומים ביקום, גלקסיות אליפטיות אינן נבדלות בכושר ההבעה שלהן. הם מורכבים בעיקר מאליפסות חלקות המלאות בצבירי כוכבים. בניגוד לספירלות גלקטיות, אליפסות אינן מכילות הצטברויות של גז בין-כוכבי ואבק קוסמי, שהם ההשפעות האופטיות העיקריות של חזות עצמים כאלה.

נציג טיפוסי של מחלקה זו, המוכרת כיום, היא ערפילית הטבעת האליפטית בקבוצת הכוכבים ליירה. עצם זה נמצא במרחק של 2,100 שנות אור מכדור הארץ.

מבט על הגלקסיה האליפטית קנטאורוס A דרך CFHT

המעמד האחרון של עצמים גלקטיים המאכלסים את היקום הם גלקסיות לא סדירות או לא סדירות. הייעוד לפי סיווג האבל הוא הסמל הלטיני I. המאפיין העיקרי הוא צורה לא סדירה. במילים אחרות, לאובייקטים כאלה אין צורות סימטריות ברורות ותבנית אופיינית. בצורתה, גלקסיה כזו דומה לתמונה של כאוס אוניברסלי, שבו צבירי כוכבים מתחלפים בענני גז ואבק קוסמי. גלקסיות לא סדירות נפוצות בקנה מידה של היקום.

בתורו, גלקסיות לא סדירות מחולקות לשני תת-סוגים:

לגלקסיות לא סדירות מתת-סוג I יש מבנה לא סדיר מורכב, משטח צפוף גבוה, המובחן על ידי בהירות. לעתים קרובות הצורה הכאוטית הזו של גלקסיות לא סדירות היא תוצאה של ספירלות שהתמוטטו. דוגמה טיפוסית לגלקסיה כזו היא העננים המגלן הגדולים והקטנים;
לגלקסיות לא סדירות ולא סדירות מתת-סוג II יש משטח נמוך, צורה כאוטית ואינן נבדלות בבהירות גבוהה. בשל הירידה בבהירות, קשה לזהות תצורות כאלה במרחבי היקום.

הענן המגלן הגדול הוא הגלקסיה הלא סדירה הקרובה אלינו ביותר. שתי התצורות, בתורן, הן לוויינים של שביל החלב ועשויות להיקלט בקרוב על ידי עצם גדול יותר (בעוד 1-2 מיליארד שנים).

גלקסיה לא סדירה, הענן המגלן הגדול, היא לוויין של גלקסיית שביל החלב שלנו

למרות העובדה שאדווין האבל מיקם את הגלקסיות במחלקות שלהן בצורה מדויקת למדי, הסיווג הזה אינו אידיאלי. נוכל להגיע לתוצאות נוספות אם נכלול את תורת היחסות של איינשטיין בתהליך הבנת היקום. היקום מיוצג על ידי עושר של צורות ומבנים שונים, שלכל אחד מהם תכונות ומאפיינים אופייניים משלו. אסטרונומים גילו לאחרונה תצורות גלקטיות חדשות המתוארות כעצמי ביניים בין גלקסיות ספיראליות וגלקסיות אליפטיות.

שביל החלב הוא החלק הידוע ביותר ביקום

שתי זרועות ספירליות, הממוקמות באופן סימטרי סביב המרכז, מהוות את הגוף העיקרי של הגלקסיה. הספירלות, בתורן, מורכבות משרוולים הזורמים בצורה חלקה זה לתוך זה. בצומת הזרועות של קשת וסיגנוס, השמש שלנו ממוקמת ממרכז גלקסיית שביל החלב במרחק של 2.62 · 10¹⁷ ק"מ. הספירלות והזרועות של גלקסיות ספירליות הן צבירי כוכבים הגדלים בצפיפותם כשהם מתקרבים למרכז הגלקטי. שאר המסה והנפח של ספירלות גלקטיות הם חומר אפל, ורק חלק קטן הוא גז בין כוכבי ואבק קוסמי.

מיקומה של השמש בזרועות שביל החלב, מקומה של הגלקסיה שלנו ביקום

עובי הספירלות הוא בערך 2,000 שנות אור. כל עוגת השכבות הזו נמצאת בתנועה מתמדת, מסתובבת במהירות אדירה של 200-300 קמ"ש. ככל שיהיה קרוב יותר למרכז הגלקסיה, כך קצב הסיבוב גבוה יותר. ייקח לשמש ולמערכת השמש שלנו 250 מיליון שנה להשלים מהפכה סביב מרכז שביל החלב.

הגלקסיה שלנו מורכבת מטריליון כוכבים, גדולים וקטנים, סופר כבדים ובינוניים. צביר הכוכבים הצפוף ביותר בשביל החלב הוא זרוע קשת. באזור זה נצפית הבהירות המרבית של הגלקסיה שלנו. החלק הנגדי של המעגל הגלקטי, להיפך, פחות בהיר וניתן להבחין בצורה גרועה מהתצפית החזותית.

החלק המרכזי של שביל החלב מיוצג על ידי הגרעין, שגודלו הוא כביכול 1000-2000 פרסקים. באזור הבהיר ביותר של הגלקסיה, מרוכז המספר המרבי של כוכבים, שיש להם מעמדות שונים, נתיבים משלהם של התפתחות ואבולוציה. אלו הם בעיקר כוכבים סופר-כבדים ישנים בשלבים האחרונים של ה-Main Sequence. אישור לנוכחות המרכז המזדקן של גלקסיית שביל החלב הוא הימצאות באזור זה של מספר רב של כוכבי נויטרונים וחורים שחורים. ואכן, מרכז הדיסק הספירלי של כל גלקסיה ספירלית הוא חור שחור סופר מסיבי, שכמו שואב אבק ענק, שואב פנימה עצמים שמימיים וחומר אמיתי.

חור שחור סופר מסיבי ממוקם בחלק המרכזי של שביל החלב - מקום המוות של כל העצמים הגלקטיים

באשר לצבירי כוכבים, מדענים היום הצליחו לסווג שני סוגים של צבירים: כדוריים ופתוחים. בנוסף לצבירי כוכבים, הספירלות והזרועות של שביל החלב, כמו כל גלקסיה ספירלית אחרת, מורכבות מחומר מפוזר ואנרגיה אפלה. כתוצאה מהמפץ הגדול, החומר נמצא במצב נדיר ביותר, המיוצג על ידי חלקיקי גז ואבק בין-כוכביים נדירים. החלק הגלוי של החומר הוא ערפיליות, אשר בתורן מחולקות לשני סוגים: ערפיליות פלנטריות ומפוזרות. החלק הנראה בספקטרום הערפיליות נובע משבירה של אור מכוכבים, הפולטים אור בתוך הספירלה לכל הכיוונים.

המרק הקוסמי הזה הוא המקום שבו מערכת השמש שלנו קיימת. לא, אנחנו לא היחידים בעולם העצום הזה. כמו השמש, לכוכבים רבים יש מערכות פלנטריות משלהם. כל השאלה היא איך לזהות כוכבי לכת רחוקים, אם המרחקים אפילו בתוך הגלקסיה שלנו עולים על משך קיומה של ציוויליזציה אינטליגנטית כלשהי. הזמן ביקום נמדד לפי קריטריונים אחרים. כוכבי לכת עם הלוויינים שלהם, העצמים הקטנים ביותר ביקום. מספרם של חפצים כאלה אינו ניתן לחישוב. לכל אחד מאותם כוכבים שנמצאים בטווח הנראה עשוי להיות מערכות כוכבים משלו. בכוחנו לראות רק את כוכבי הלכת הקיימים הקרובים אלינו ביותר. מה שקורה בשכונה, אילו עולמות קיימים בזרועות אחרות של שביל החלב ואילו כוכבי לכת קיימים בגלקסיות אחרות, נותר בגדר תעלומה.

קפלר-16 b הוא כוכב לכת סמוך לקפלר-16 הבינארי בקבוצת הכוכבים ציגנוס

סיכום

לאחר הבנה שטחית בלבד של איך הופיע היקום וכיצד הוא מתפתח, האדם עשה רק צעד קטן לקראת הבנה והבנה של קנה המידה של היקום. הממדים והסולמות הגרנדיוזיים איתם נאלצים מדענים להתמודד כיום מצביעים על כך שהציוויליזציה האנושית היא רק רגע בצרור זה של חומר, מרחב וזמן.

מודל היקום בהתאם למושג נוכחות החומר במרחב, תוך התחשבות בזמן

חקר היקום עובר מקופרניקוס ועד ימינו. בהתחלה, מדענים התחילו מהמודל ההליוצנטרי. למעשה, התברר שלמרחב אין מרכז אמיתי וכל הסיבוב, התנועה והתנועה מתרחשים על פי חוקי היקום. למרות העובדה שיש הסבר מדעי לתהליכים המתרחשים, עצמים אוניברסליים מחולקים למעמדות, סוגים וסוגים, אף גוף במרחב אינו דומה למשנהו. הממדים של גרמי השמים הם משוערים, כמו גם המסה שלהם. מיקומם של גלקסיות, כוכבים וכוכבי לכת הוא שרירותי. העניין הוא שאין מערכת קואורדינטות ביקום. בהתבוננות בחלל, אנו מבצעים הקרנה על כל האופק הנראה, תוך התחשבות בכדור הארץ שלנו כנקודת האפס. למעשה, אנחנו רק חלקיק מיקרוסקופי, שאבד במרחבים האינסופיים של היקום.

היקום הוא חומר שבו כל העצמים קיימים בקשר הדוק עם מרחב וזמן

בדומה להתייחסות לגודל, הזמן ביקום צריך להיחשב כמרכיב העיקרי. מקורם וגילם של עצמים בחלל מאפשרים לצייר תמונה של לידת העולם, כדי להדגיש את שלבי התפתחות היקום. המערכת איתה אנו עוסקים היא מוגבלת בזמן. לכל התהליכים המתרחשים במרחב יש מחזוריות - התחלה, היווצרות, טרנספורמציה וסיום, המלווים במוות של עצם חומרי ובמעבר החומר למצב אחר.

כדי להבין את המבנה וההתפתחות של היקום, שאלת ההרכב הכימי של החומר ביקום חשובה מאוד.

כידוע, כל חומר מורכב מאטומים. ישנם כ-90 סוגים שונים של אטומים המצויים באופן טבעי על פני כדור הארץ; בנוסף, מספר סוגים חדשים של אטומים נוצרו באופן מלאכותי. חומר שנוצר על ידי אטומים מסוג אחד בלבד מסוג כלשהו נקרא יסוד. האטומים של רוב היסודות מסוגלים להתאחד זה עם זה או עם האטומים של יסודות אחרים ליצירת מולקולות; החוקים הספציפיים של אגודה כזו הם הנושא של חקר הכימיה. כל היווצרות חומרית - מהקשה ביותר (יהלום) ועד גזי, מתרכובות אורגניות של גוף האדם ועד לגלקסיות הרחוקות ביותר - היא שילוב שונה של אותם יסודות בסיסיים.

היסוד הפשוט ביותר הוא מימן. האטום שלו מורכב משני חלקיקים בלבד - אלקטרון ופרוטון. היסוד הפשוט הבא הוא הליום, שכל אטום שלו מכיל שישה חלקיקים: שני פרוטונים ושני נויטרונים, הממוקמים במרכז, יוצרים גרעין, ושני אלקטרונים הקשורים לגרעין במשיכה חשמלית מסתובבים סביבו במסלולים. ההבדלים העיקריים בין אטומים נובעים ממספר הפרוטונים השונה בגרעינים שלהם. כיום ידועים כל האטומים שהגרעינים שלהם מכילים בין 1 ל-92 פרוטונים. היסוד המורכב ביותר בטבע הוא אורניום; גרעין האטום שלו מכיל 92 פרוטונים וכ-140 נויטרונים, ו-92 אלקטרונים מסתובבים סביבו. יסודות בעלי יותר מ-92 פרוטונים בגרעין ומתקבלים באמצעים מלאכותיים (לדוגמה, נפטון ופלוטוניום) אינם יציבים (רדיואקטיביים) ומתפרקים די מהר. לכן, הם לא נמצאו באופן טבעי על פני כדור הארץ.

במחקר הספקטרוסקופי של עצמים אסטרונומיים בכל היקום הזמין, אותם יסודות נמצאים *. עם זאת, השפע היחסי של יסודות הטבועים בכדור הארץ אינו אופייני לחלקים אחרים של היקום. אז, בערך 90% מכל האטומים ביקום הם אטומי מימן; השאר הם בעיקר אטומי הליום. אטומים כבדים יותר, הנפוצים על כדור הארץ שלנו, מהווים רק חלק זניח ביקום. ברור שכדור הארץ נוצר בתנאים מיוחדים שאינם אופייניים להפצה הממוצעת של יסודות ביקום, שבהתחלה לא היו אטומים מורכבים ביקום, אבל מאוחר יותר הייתה דרך כלשהי לסנתז יסודות מורכבים מקלים ופשוטים יותר. נוצר. מתי ואיך נוצר "מפעל" כזה של יסודות כימיים היא אחת הבעיות המרכזיות של מדעי הטבע המודרניים, השוכנת ב"צומת" של אסטרונומיה, כימיה ופיזיקה.

* הליום התגלה על השמש (כפי ששמה מרמז), ומוקדם יותר מאשר על כדור הארץ.

כוכבים

הכוכב הוא כדור גז

הכוכבים הם שמשות רחוקות. הכוכבים הם שמשות ענקיות בליבון, אבל כל כך מרוחקים מאיתנו בהשוואה לכוכבי הלכת של מערכת השמש, שלמרות שהם זוהרים פי מיליוני מונים, האור שלהם נראה לנו עמום יחסית.

כשמסתכלים על שמי הלילה הצלולים, הקווים של M.V. לומונוסוב:

התהום נפתחה, מלאה בכוכבים,

אין מספר כוכבים, תחתית התהום.

ניתן לראות כ-6,000 כוכבים בשמי הלילה עם גז לא חמוש. עם ירידה בבהירות של כוכבים, מספרם גדל, ואפילו ספירתם הפשוטה הופכת לקשה. כל הכוכבים בהירים יותר מ-11 בסדר גודל נספרו "לפי חתיכה" ונכנסו לקטלוגים אסטרונומיים. יש בערך מיליון כאלה. בסך הכל, כשני מיליארד כוכבים זמינים לתצפית שלנו. המספר הכולל של הכוכבים ביקום מוערך ב-10 22.

גדלים של כוכבים, מבנהם, הרכבם הכימי, מסה, טמפרטורה, בהירות וכו' שונים, הכוכבים הגדולים (הסופר-ג'נטים) עולים על גודל השמש בעשרות ומאות מונים. כוכבי גמד הם בגודל כדור הארץ וקטנים יותר. המסה המגבילה של כוכבים היא כ-60 מסות שמש.

גם המרחקים לכוכבים שונים מאוד. אור כוכבים מכמה מערכות כוכבים רחוקות עובר אלינו מאות מיליוני שנות אור. הכוכב הקרוב ביותר אלינו יכול להיחשב ככוכב בגודל הראשון α-Centaurus, שאינו נראה משטחה של רוסיה. הוא מרוחק 4 שנות אור מכדור הארץ. רכבת שליחים שנוסעת ללא הפסקה במהירות של 100 קמ"ש תגיע אליה תוך 40 מיליון שנה!

המסה העיקרית (98-99%) של החומר הנראה בחלק הידוע של היקום מרוכזת בכוכבים. כוכבים הם מקורות אנרגיה רבי עוצמה. בפרט, החיים על פני כדור הארץ חייבים את קיומם לאנרגיית הקרינה של השמש. עניין הכוכבים הוא פלזמה, כלומר. נמצא במצב שונה מהחומר בתנאים הארציים המוכרים לנו. (פלזמה היא המצב הרביעי (יחד עם מוצק, נוזלי, גזי) של החומר, שהוא גז מיונן, שבו מטענים חיוביים (יונים) ושליליים (אלקטרונים), בממוצע, מנטרלים זה את זה.) לכן, למהדרין, כוכב הוא לא רק כדור גז, אלא כדור פלזמה. בשלבים המאוחרים יותר של התפתחות כוכב, חומר הכוכבים עובר למצב של גז מנוון (בו ההשפעה הקוונטית-מכנית של חלקיקים זה על זה משפיעה באופן משמעותי על תכונותיו הפיזיקליות - לחץ, קיבולת חום וכו'), ולעיתים גם חומר נויטרונים (פולסרים הם כוכבי נויטרונים, פרצים - מקורות לקרינת רנטגן וכו').

כוכבים בחלל החיצון מופצים בצורה לא אחידה. הם יוצרים מערכות כוכבים: כוכבים מרובים (כפולים, משולשים וכו'); צבירי כוכבים (מכמה עשרות כוכבים למיליונים); גלקסיות הן מערכות כוכבים גרנדיוזיות (הגלקסיה שלנו, למשל, מכילה כ-150-200 מיליארד כוכבים).

בגלקסיה שלנו, גם צפיפות הכוכבים מאוד לא אחידה. הוא הגבוה ביותר באזור הגרעין הגלקטי. כאן הוא גבוה פי 20 אלף מצפיפות הכוכבים הממוצעת בקרבת השמש.

רוב הכוכבים נמצאים במצב נייח, כלומר. אין שינוי במאפיינים הפיזיים שלהם. זה מתאים למצב של שיווי משקל. עם זאת, ישנם גם כוכבים כאלה, שתכונותיהם משתנות בצורה גלויה. הם נקראים כוכבים משתניםו כוכבים לא נייחים... שונות ואי-נייצות הם ביטויים של חוסר היציבות של מצב שיווי המשקל של כוכב. סוגים מסוימים של כוכבים משתנים משנים את מצבם באופן קבוע או לא סדיר. יש לציין גם כוכבים חדשיםשבהן מתרחשות התפרצויות ברציפות או מעת לעת. בהתלקחויות (פיצוצים) סופרנובותעניין הכוכבים במקרים מסוימים יכול להיות מפוזר לחלוטין בחלל.

הבהירות הגבוהה של כוכבים, הנשמרת לאורך זמן, מעידה על שחרור כמויות עצומות של אנרגיה בהם. הפיזיקה המודרנית מצביעה על שני מקורות אנרגיה אפשריים - דחיסה כבידהמוביל לשחרור אנרגיית כבידה, ו תגובות תרמו-גרעיניות, כתוצאה מכך מסונתזים גרעינים של יסודות כבדים יותר מגרעיני יסודות קלים ומשתחררת כמות גדולה של אנרגיה.

חישובים מראים שאנרגיית הדחיסה הכבידתית תספיק כדי לשמור על בהירות השמש למשך 30 מיליון שנה בלבד. אבל מנתונים גיאולוגיים ואחרים, עולה שעוצמת הבהירות של השמש נשארה קבועה בערך במשך מיליארדי שנים. התכווצות כבידה יכולה לשמש רק מקור אנרגיה לכוכבים צעירים מאוד. מצד שני, תגובות תרמו-גרעיניות מתרחשות בקצב מספק רק בטמפרטורות גבוהות פי אלפי מטמפרטורת פני הכוכבים. אז, עבור השמש, הטמפרטורה שבה תגובות תרמו-גרעיניות יכולות לשחרר את כמות האנרגיה הנדרשת היא, על פי חישובים שונים, בין 12 ל-15 מיליון K. טמפרטורה עצומה כזו מושגת כתוצאה מדחיסה כבידה, ש"מתלקחת" תגובה תרמו-גרעינית. לפיכך, השמש שלנו היא כיום פצצת מימן בוערת לאט.

ההנחה היא שלחלק מהכוכבים (אבל כמעט לרובם) יש מערכות פלנטריות משלהם, בדומה למערכת השמש שלנו.