Вселенная и солнечная система

Эволюция Вселенной как саморазвивающейся системы. Модель горячей Вселенной. Концепция Большого Взрыва. Первичный нуклеосинтез. Реликтовое излучение.

Вселенная – совокупность всех форм материи, весь материальный мир. Вселенная – система максимально возможного размера. По теории горячей вселенной она образовалась 20 млрд. лет назад из сжатого состояния – "ядерной капли", с плотностью 1093г/см3 и температурой 1013К. Потом ЭТО взорвалось, за 0.01 секунды температура упала в 100 раз, плотность – в 1080раз. В этих условиях было возможно существование фотонов, позитронов, электронов и нейтрино, небольшого количества нуклонов. При тех температурах частицы двигались очень быстро и не успевали образовывать ядра. Через 3 минуты температура упала до 1млн. К, начали образовываться первые ядра – дейтерий, тритий и гелий. Этот процесс называется первичным нуклеосинтезом. Последующие 50тыс лет ничего не происходило, т.к. ядра с массами 5 и 8 оказались неустойчивыми из-за т.н. "щели массы". Когда температура упала до 3000 градусов, электроны стали соединяться с ядрами и образовывать атомы. До этих пор излучение равновесно взаимодействовало с веществом, а при образовании атомов произошло отделение электромагнитных волн от вещества, т.к. атомы электронейтральны. Это излучение живет и до наших дней – так называемое реликтовое излучение, без источника, с длиной волны 7 см и температурой 3 градуса Кельвина. Концепция Большого Взрыва – единственная, способная объяснить его существование.

Вселенной присущи все те признаки, которые характеризуют самоорганизующуюся систему – она является открытой системой (относительно вакуума), неравновесна (нет баланса между веществом и антивеществом, состоит из 3 видов материи – барионов, нейтрино и электромагнитных полей). Состояние вселенной на раннем этапе развития –

плотность порядка 10-22г/см3 и температура 3000К не позволило ни одному из фундаментальных взаимодействий стать двигателем дальнейшего развития.

Локальные условия развития части вселенной подготавливаются общим процессом развития всей Вселенной. Например, образование галактик не могло произойти раньше рекомбинации однородной Вселенной. Возникновение Земли не могло бы быть без синтеза тяжелых элементов в недрах звезд 1-2 поколения.

Происхождение звезд и галактик. Эволюция звезд. Звездные характеристики. Главная звездная последовательность. Синтез химических элементов в звездах. Сверхновые, квазары, пульсары

Основные характеристики звезд – масса, температура поверхности, радиус, светимость. Температура поверхности определяет цвет звезды. (до 4000 градусов красный, до 10000 желтый, выше 10000 белый и голубой). По температуре звезды делятся на спектральные классы – OBAFGKM, каждый из которых делится на 9 подклассов. Солнце

– G2. Связь между светимостью и температурой поверхностных слоев демонстрирует диаграмма Герцшпрунга-Рессела. На диаграмме можно показать движение звезды в процессе эволюции.

Изначально звезда представляет собой газопылевое облако. Это облако называется протозвездой. Эволюция протозвезды проходит в 3 этапа. Обособление и уплотнение части облака. Быстрое сжатие, приводящее к росту температуры. Прекращение сжатия, появление внутреннего давления, начало термоядерного синтеза. В зависимости от массы и химического состава звезда занимает место на главной последовательности. Время пребывания там звезды зависит от температуры. Больше масса – меньше живет. После выгорания водорода температура падает, ядро начинает сжиматься. Это приводит опять к росту температуры, термоядерные реакции идут на границе ядра, идет расширение и превращение звезды в красный гигант. В красных гигантах идет синтез ядер тяжелых элементов. Далее если масса звезды меньше 1.2 массы Солнца, то звезда, сбросив оболочку, превращается в туманность или белый карлик. Если масса больше 10 масс Солнца, то при сжатии возможен взрыв, выбрасывающий в окружающую среду тяжелые ядра. Из этого вещества могут образоваться звезды следующих поколений. Возраст звезды определяется логарифмом отношения количества атомов железа к количеству атомов водорода. Больше водорода – старше звезда. Звезды с массой 1-3 массы Солнца при выгорании водорода сжимаются до размеров белого карлика и продолжают сжиматься дальше, образуя нейтронные звезды. Эти звезды являются источниками радиоимпульсов – пульсары. У пульсаров только одно направление излучения. Если же сжатие не остановится, то начнется коллапс и звезда превратится в черную дыру. Для черной дыры r=2Gm/c2. Галактики различают по форме – спиральные, эллиптические и неправильные.

Образование Солнечной системы. Земля - планета Солнечной системы. Происхождение Земли, её химическая эволюция.

Образование солнечной системы. Гипотеза Канта-Лапласа – образование солнечной системы из холодного(горячего) газопылевой туманности. Со временем она сжималась и закручивалась, планеты образовывались одновременно с Солнцем.

Земля состоит из нескольких "слоев" – коры, верхней и нижней мантии, внешнего и внутреннего ядра. Внутренне ядро твердое, и состоит из железно-никелевого сплава, внешнее ядро жидкое, состоит из железа и сульфида железа. По гипотезе, сначала из тяжелых элементов образовалось протоядро, к нему присоединилась будущая мантия (силикаты). Затем, когда размер Земли достиг нынешних размеров Марса, столкновения с астероидами и малыми планетами, сопровождавшиеся плавлением земной породы и выделениями газов и, образовали то, что впоследствии стало корой и верхней мантией, а газы и водяные пары послужили основой атмосферы и гидросферы. Земля – единственная планета СС, на которой все еще происходят тектонические процессы. На марсе они прекратились 100млн лет назад, на Венере – около миллиарда лет назад.

Эгоцентризм, геоцентризм, гелиоцентризм - этапы эволюции взглядов о месте Земли в Солнечной системе.

В древние времена считали, что человек – в центре Земли и вселенной. Это направление развивал один из первых астрономов – Фалес Милетский. Его ученик Анаксимандр считал, что Земля круглая, и является центром вселенной. Аристотель был ярым приверженцем геоцентризма. Первая гелоицентрическая система датируется 4 веком, ее создатель – Аристарх из Самоса. Далее гелиоцентрическая система была оживлена в 16 веке Николаем Коперником. В 1543 году вышла его книга "Об обращении небесных тел", но, не умри он в том же году, до него добрались бы попы. У его системы был один недостаток – конечная вселенная. В то же время попы расправились с Джордано Бруно. Галилео Галилей – создатель первого телескопа, открыл спутники Юпитера.

Модель расширяющейся Вселенной. Экспериментальное подтверждение раздувания Вселенной.

Американский ученый Хаббл установил, что все галактики удаляются от нашей со скоростью, пропорциональной расстоянию до нее. Это является подтверждением того, что вселенная могла возникнуть в результате взрыва, т.к. из закона Хаббла примерно 10 млрд. лет назад вселенная была сосредоточена в очень небольшом объеме. Это место сейчас невозможно установить, т.к. по ОТО наличие вещества приводит к искривлению пространства. Если по земле пройти 40 тыс. км, то вернешься в ту же точку. То же самое и во вселенной, но уже в 3-мерном пространстве и не 40 тыс. км, а 40 млрд. световых лет. Но подсчеты количества вещества во вселенной указывают, что его недостаточно для "замыкания надувного щарика". Место Человека во Вселенной. Тонкая подстройка Вселенной. Антропный принцип. Проблема внеземных цивилизаций.

Тонкой подстройкой вселенной называют то, что существование вселенной в том виде, в котором мы ее наблюдаем, возможно лишь в очень узких рамках значений физических постоянных. ( К тому же эти постоянные не я