Естествознание. Базовый уровень. 10 класс - Сергей Титов

2. Организуйте и проведите конференцию «Тунгусский метеорит: загадки и гипотезы».

§ 64 Звёзды, галактики, метагалактика

Полночных солнц к себе нас манят светы…В колодцах труб пытливый тонет взгляд.Алмазный бег вселенные стремят:Системы звёзд, туманности, планеты,От Альфы Пса до Веги и от БетыМедведицы до трепетных Плеяд —Они простор небесный бороздят,Творя во тьме свершенья и обеты.О, пыль миров! О, рой священных пчёл!Я исследил, измерил, взвесил, счёл,Дал имена, составил карты, сметы…

М. Волошин

Что такое звёзды?Если спросят вас —Отвечайте смело:Раскалённый газ.И ещё добавьте,Что притом всегдаЯдерный реактор —Каждая звезда!

Р. АлдонинаГиганты, карлики и чёрные дыры.

Наряду с Солнцем во Вселенной существует множество подобных ему тел, называемых звёздами. Все звёзды обладают очень высокой температурой из-за того, что внутри их происходят термоядерные реакции, т. е. такие реакции, в которых ядра лёгких элементов, находящихся в начале периодической таблицы, объединяются в ядра более тяжёлых элементов. Чаще всего это объединение ядер водорода с образованием гелия. При термоядерных реакциях выделяется огромное количество тепловой энергии, благодаря чему звёзды представляют собой раскалённые тела. Температура в недрах звёзд измеряется миллионами, а на их поверхности – тысячами градусов по шкале Кельвина. Как уже говорилось, температура поверхности звезды определяет её цвет. Самые горячие звёзды с температурой 30–60 тыс. °С мы видим как голубые. Звёзды с температурой около 10 тыс. °С воспринимаются как белые, а самые холодные, температура которых не более 5 тыс. °С, – как жёлто-оранжевые.

Звёзды образуются из разреженных облаков межзвёздного газа (рис. 177). Притягиваясь под влиянием силы тяготения, частицы газа, главным образом водорода, сближаются, и при этом гравитационная энергия переходит в тепловую. Когда температура достигает нескольких миллионов градусов, начинаются термоядерные реакции и сжатие прекращается.

Рис. 177. Эволюция звёзд

В таком состоянии звезда пребывает в течение большей части своего существования. Затем запасы водорода в ядре звезды истощаются, и тогда термоядерный процесс продолжается уже на её периферии. Звезда увеличивается в размерах и постепенно остывает, превращаясь в красный гигант. После того как запасы водорода исчерпаются, начинаются термоядерные реакции с превращениями других элементов. Звезда начинает сжиматься и разогреваться, в результате чего она становится белым карликом. Когда же топливо для термоядерных реакций полностью закончится, силы гравитации, которым теперь уже ничто не противодействует, сожмут звезду настолько, что она станет совсем карликовым телом, но при этом обладающим огромной массой. Сила притяжения этой колоссальной массы настолько велика, что от неё не могут оторваться даже фотоны. Поэтому она не излучает и не отражает света и выглядит совершенно чёрной, за что и называется чёрной дырой. Чёрными дырами могут становиться только большие двойные звёзды. Более мелкие звёзды остаются белыми карликами или становятся нейтронными звёздами, которые состоят исключительно из нейтронов. После своего образования чёрная дыра может притягивать оказывающиеся поблизости мелкие тела и постепенно увеличивать свою массу и размеры. Попадание крупных космических тел в чёрную дыру маловероятно из-за её малых размеров и большой отдалённости от этих тел. В результате такого разрастания во Вселенной образуется большое количество чёрных дыр, одна из которых находится в центре нашей галактики.

Пульсары, квазары и сверхновые.

В результате сжатия звёзд могут образовываться космические объекты, которые до сих пор остаются в достаточной степени загадочными. Одним из таких объектов являются пульсары. Это маленькие, похожие на нейтронные, звёзды, излучение которых распространяется только в одном направлении узким пучком. Так как пульсары очень быстро вращаются, их излучение можно регистрировать через определённые периоды. Это излучение как бы пульсирует, откуда и произошло их название. Другим загадочным объектом Вселенной являются квазары (рис. 178) – относительно небольшие тела с невероятно сильным излучением, находящиеся от нас на удалении в несколько миллиардов световых лет. Несмотря на эти огромные расстояния, они заметны с Земли, благодаря исключительной интенсивности их электромагнитного излучения. Некоторые квазары, приблизительно равные по размеру Солнечной системе, излучают энергии больше, чем вся наша Галактика. Во Вселенной уже обнаружено более 200 тыс. квазаров, и астрономы постоянно открывают всё новые и новые.

Иногда звёзды заканчивают свою эволюцию не сжатием, а взрывом, сопровождаемым яркой вспышкой, после чего звезда превращается в рассеянное излучение и облако пыли и газа.

Рис. 178. Квазар

Такие звёзды называют новыми или, в случае очень яркой вспышки, сверхновыми (рис. 179). На самом деле они не являются действительно вновь образовавшимися – вспыхивают уже давно существующие звёзды. Но в некоторых случаях наблюдали вспышку ранее незаметных и неизвестных звёзд, что и стало причиной такого названия.

Галактики и метагалактика.

Звёзды во Вселенной распределены не равномерно, а объединяются в скопления, которые называют галактиками (рис. 180). Ошибочно думать, что видимые на небе созвездия являются скоплениями звёзд. Звёзды, которые мы видим на одном участке неба, на самом деле могут находиться на очень большом расстоянии друг от друга.

Рис. 179. Сверхновая ярко сияет в Большом Магеллановом облаке (А) на том месте, где прежде была лишь слабенькая звезда 12-й звёздной величины (Б, указана стрелкой)

Рис. 180. Спиральная галактика

Галактики представляют собой истинные скопления звёзд, разделённые межгалактическим пространством.

Солнечная система находится в галактике, которую называют Млечный Путь (рис. 181). Иногда её ещё называют Галактикой (с заглавной буквы). Млечный Путь – спиральная галактика, в которой находится больше 200 млрд звёзд. Она имеет диаметр около 100 тыс. световых лет и толщину несколько тысяч световых лет. С Земли Млечный Путь виден как клочковатая полоса звёзд, напоминающая сгустки молока.

Рис. 181. Галактика Млечный Путь

Отсюда и произошло название «галактика», которое в переводе с греческого означает «молочное кольцо». Сначала Галактикой называли только Млечный Путь, а когда выяснили, что во Вселенной есть похожие на него звёздные скопления, их тоже стали именовать галактиками.

Другие галактики отдалены от Млечного Пути на очень большие расстояния, которые измеряют миллионами световых лет. Невооружённым глазом на небе можно увидеть всего три галактики: туманность Андромеды в Северном полушарии и Большое и Малое Магеллановы облака[17] – в Южном. Туманность, или, правильнее, галактика Андромеды, – одна из самых близких к нам галактик. Расстояние до неё составляет около 2,5 млн световых лет. Млечный Путь вместе с галактикой Андромеды, Магеллановыми облаками и ещё несколькими галактиками образует Местную группу галактик, которые взаимодействуют между собой и движутся вокруг общего центра. Различить отдельные звёзды во многих отдалённых галактиках удалось только после запуска космического телескопа «Хаббл». Галактики могут иметь самые разнообразные формы и размеры. Они могут быть эллиптическими, спиральными, могут иметь перемычку, а иногда обладают неправильной формой. Диаметр галактик колеблется в пределах от 16 до 180 тыс. световых лет. Все известные галактики образуют скопления, которые объединяют в метагалактику. Метагалактика – это вся наблюдаемая в настоящее время часть Вселенной, состоящая из десятков миллиардов галактик. По мере того как совершенствуются средства изучения Вселенной, обнаруживается всё больше галактик и, следовательно, границы метагалактики расширяются.

Проверьте свои знания

1. В каких пределах может изменяться температура звёзд?

2. Какие процессы служат основой для образования чёрных дыр?

3. Что такое квазары? На каком расстоянии от Земли они находятся?

4. В какой галактике находится Солнечная система?

5. Что такое метагалактика?