Структура Вселенной
Вселенная необъятна, ее размеры невообразимы, но научный подход предполагает, что любое сложное понятие можно разложить «по полочкам» — структурировать, выделить более простые и понятные составные части. Так какая структура у Вселенной, какое ее строение? Примите за аналогию ваш почтовый адрес: вы пишите страну, затем область, населенный пункт, улицу, номер дома и, наконец, номер квартиры. Заметьте, самым крупным понятием в адресе является название страны. Так произошло, потому что следующим, более крупным, обобщающим понятием является название нашей планеты. Но в рамках почтового адреса указывать планету не имеет смысла, потому что и так понятно, что все люди живут на Земле.
А теперь попробуем узнать «адрес» Земли во Вселенной, но пойдем поступательно от меньшего в большему.
Планетарная система
Земля находится в Солнечной системе. В центре системы расположена звезда Солнце, а все прочие космические объекты системы под действием гравитации вращаются вокруг нее. Это обусловлено тем, что масса звезды составляет 99,866% от массы всей системы. Под прочими космическими объектами подразумеваются планеты со спутниками, карликовые планеты и малые тела навроде астероидов.
Галактика
Галактика — это связанная гравитацией система из звезд с их планетарными системами, межзвездного газа и пыли. Все объекты в галактике движутся вокруг общего центра масс. А Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь. По типу (и форме) наша галактика — спиральная с перемычкой, поэтому выделяются так называемые галактические рукава. В Млечном Пути таких рукавов пять (в порядке удаленности от ядра галактики): Лебедя, Центавра, Стрельца, Ориона и Персея. Солнечная система — в рукаве Ориона.
Скопление галактик
Системы галактик, как можно предположить из предыдущих понятий, тоже связаны гравитацией. Увеличиваются массы и расстояния, но принцип сохраняется. Три крупные галактики (наш Млечный путь, а также Андромеда и Треугольник) и несколько десятков соседних карликовых галактик составляют Местную группу галактик. В поперечнике Местная группа имеет около 1 мегапарсека, а ее центр масс — на границе галактик Млечный Путь и Андромеда.
Сверхскопление галактик
Если сгруппировать скопления галактик, то получатся сверхскопления галактик! Сверхскопления включают в себя множество скоплений и межзвездное пространство между ними. Например, Сверхскопление Девы имеет размер около 200 миллионов световых лет и включает в себя порядка 100 групп и скоплений. Оно известно и под другим названием: как Местное сверхскопление галактик, потому что именно в него входит Местная группа галактик, а, значит, в конечном итоге и Земля. Сверхскопление Девы притягивается к Великому Аттрактору, который выступает в роли гравитационного центра и обладает массой в десятки тысяч Млечных Путей. То и другое является частью Ланиакеи, еще большего сверхскопления. Если продолжить укрупнение, то Ланиакея — часть комплекса сверхскоплений Рыб-Кита.
Галактическая нить
Галактическая нить — самое крупное структурное понятие во Вселенной. Другие названия: филамент («нить» в переводе с английского) или комплекс сверхскоплений. Также нить может называться стеной, если одна из ее полуосей в продольном сечении существенно превышает другую. Пустоты между галактическими нитями называются войдами, т.е. именно что пустотами, которые, как предполагается, заполнены темной материей. Определены и найдены следующие галактические нити: Нить Волосы Вероники, Нить Персея-Пегаса, Нить Большой Медведицы, Нить Рыси-Большой Медведицы, Великая стена CfA2 (Великая Северная Стена), Стена Скульптора (Великая Южная Стена), Великая стена Слоуна, Великая стена Геркулес-Северная Корона, Стена Журавль, Стена Печь. Общее количество открытых галактических нитей укладывается всего-навсего в полтора десятка, но можно ожидать скорые новые открытия. А какая же из них — «родная» нам? Нить Персея-Пегаса! Она образуется из двух сверхскоплений галактик: нашего сверхскопления Рыб-Кита и соседнего Персея-Рыб.
В итоге, «космический адрес» нашей планеты во Вселенной такой: Галактическая Нить Персея-Пегаса, комплекс сверхскоплений Рыб-Кита, Ланиакея, сверхскопление Девы, Местная группа галактик, галактика Млечный Путь, рукав Ориона, Солнечная система, планета Земля. До востребования!
История изучения
Самая наблюдаемая комета
Больше всего возвращений к Земле было отмечено у периодический кометы 2P/Энке. Так как она никогда не удаляется от Солнца дальше чем на 4 астрономические единицы. Эта комета едва выходит за пределы пояса астероидов. И при современных методах наблюдения ее можно видеть практически непрерывно. Комета 2P/Энке находится на необычной орбите – ее период равен всего 3,3 года. Это намного меньше, чем у любой другой периодической кометы. Независимые “открытия” этой кометы были сделаны сначала Пьером Мешеном (в 1786 г.) и Каролиной Гершель (в 1795 г.). А затем (в 1805 и 1818 гг.) – Жаном Луи Понсом. Но уже в 1819 г. Иоганн Энке понял, что все эти наблюдения относятся к одной и той же комете. И вычислил ее орбиту.
Структура и состав Млечного Пути
Даже по приближенным расчетам, в нашей галактике не менее 200 миллиардов звезд. Преимущественное большинство их локализовано в зоне с формой сплющенного диска.
Ядро
В центральной части Галактики есть утолщенная зона – балдж. Его диаметр – 8 тысяч парсек, он представляет собой звездное скопление эллипсоидной формы. Середина ядра расположена в созвездии Стрельца. Солнце удалено от него примерно на 8500 парсек, или 27,7 тыс. св. лет, или же на 262 квадриллиона километров.
По-видимому, в рассматриваемой зоне находится огромная черная дыра. Ее масса в 4 млн раз больше массы Солнца. Вокруг нее обращается еще один подобный массивный объект, тяжелее солнца в 1000 – 10000 раз, а также несколько тысяч черных дыр помельче, с периодом вращения около сотни лет. Воздействие гравитации от этого центра заставляет близко расположенные от центра звезды вращаться по особым орбитам. Астрономы допускают, что практически все звездные скопления во Вселенной обращаются вокруг черных дыр.
Ядро Млечного Пути. Это самая богатая туманностями, звездными скоплениями, пылью и газом область нашей галактики.
В рассматриваемых участках Млечного Пути сконцентрировано много звезд. Например, только в одном кубическом парсеке этой области их находится несколько тысяч. Масса галактики распределяется так, что скорость обращения на орбите светил не зависит от того, насколько они удалены от центра. Обычная скорость обращения космических объектов здесь доходит до 240 км/с.
Исследования структуры Млечного пути продолжаются, и, по-видимому, ученые удивят нас новыми открытиями.
Перемычка
Длина этой части Галактики примерно 27 тыс. св. лет. Этот объект проходит сквозь ее центр под углом 44° относительно границе между Солнцем и центром. Здесь наблюдаются в основном «красные» звезды. Их возраст значительно больше солнечного. Вокруг перемычки находится «Кольцо в пять килопарсек». В нем преобладает молекулярный водород, который является источником образования звезд.
В конце ХХ в. ученые предположили, что Млечный путь – это спиралеподобная галактика, имеющая перемычку. В 2005 г. с использованием мощного телескопа эта гипотеза подтвердилась. Более того, было установлено, что перемычка имеет значительно больший диаметр, нежели это считалось раньше.
Диск
Диаметр диска Галактики – примерно 100 тыс. св. лет. Он вращается намного быстрее, чем гало, и, причем, на разных скоростях. Вблизи черной дыры она приближается к нулю, а вот на удалении примерно 2 тыс. световых лет возрастает до 240 км/с. Затем скорость немного уменьшается, а затем увеличивается до указанного уровня и остается неизменной. Масса галактического диска в 150 миллиардов раз больше массы Солнца.
Вблизи диска находятся молодые звезды (возраст таких объектов не более нескольких миллиардов лет). Молодые космические тела образуют плоскую составляющую, среди них много объектов с высокой температурой. Вблизи плоскости диска находится основное количество газа в виде газовых облаков. Небольшие облака имеют диаметр около одного парсека. Гигантские газовые объекты располагаются во вселенском пространстве на протяжении тысяч световых лет.
Спиральные рукава
Поскольку Млечный Путь относится к спиралевидным звездным скоплениям, у нее есть рукава. Они располагаются в плоскости диска. Сам же диск находится в короне. Существуют такие рукава:
- Лебедя;
- Персея;
- Ориона;
- Стрельца;
- Центавра.
С внутренней стороны рукава Ориона размещено Солнце. Оно вращается вокруг ядра со скоростью – примерно 230 км/с. Один оборот вокруг центра галактики Солнце делает примерно за 240 миллионов лет.
Спиральные рукава галактики Млечный Путь
Гало
Эта часть имеет форму шара и выходит за его границы примерно на 5 – 10 световых лет. Температура гало – 500 тысяч градусов Кельвина. В его составе – старые, малые, малояркие звезды, а также шаровые скопления. Подавляющее большинство таких скоплений расположены ближе 100 тысяч от центра Млечного Пути, но некоторые шаровые скопления находятся на расстоянии более 200 тысяч световых лет от галактического центра. Центр симметрии гало полностью совпадает с центром диска Галактики.
Звезды в этой области могут встречаться как одиночные, так и в составе скоплений, по несколько миллионов каждое. Их возраст обычно превышает 12 млрд. лет. Здесь процессы звездообразования завершились и в основном встречается темная материя.
Галактическое гало
Объекты, входящие в гало, движутся по весьма вытянутым орбитам. В целом эта область вращается медленно. Отдельные звезды имеют и вовсе хаотичное движение.
Газовые гиганты
Внешние планеты состоят в основном из газов, поэтому и получили название «газовые гиганты». Сатурн и Юпитер состоят преимущественно из гелия и водорода; Нептун и Уран, кроме водорода и гелия, содержат в своем составе угарный газ и метан; эти планеты принято выделять в отдельную категорию – ледяные гиганты.
Все вместе четыре внешних планеты содержат 99% общей массы вещества, вращающегося на орбитах вокруг Солнца. И все четыре планеты имеют кольца, хотя с Земли можно наблюдать лишь систему колец вокруг Сатурна.
Масса Юпитера в 318 раз превышает массу Земли. Юпитер в два с половиной раза тяжелее общей массы всех прочих планет Солнечной системы. Ученые насчитали у этой планеты 67 спутников, в числе которых – четыре относительно крупных: Ио, Каллисто, Ганимед и Европа.
По своим характеристикам (вулканической активности, внутреннему нагреву) они схожи с планетами внутренней, земной группы. Ганимед является одним из самых больших спутников Солнечной системы, и по своим размерам он превышает планету Меркурий.
Юпитер состоит из водорода и гелия, и его высокая внутренняя температура провоцирует постоянные вихревые структуры в атмосфере планеты. Ученые смогли наблюдать полосы облаков вокруг Юпитера и так называемое Большое красное пятно.
Главная отличительная особенность Сатурна – система колец. По строению атмосферы и типу магнитосферы Сатурн похож на Юпитер, а по размерам – значительно меньше его. Объем Сатурна – это всего 60% объема Юпитера, а масса Сатурна всего в 95 раз превышает массу Земли.
Сатурн обладает самой низкой плотностью из всех планет Солнечной системы – его плотность даже ниже, чем плотность воды. У Сатурна есть 62 спутника, причем на двух из них можно наблюдать геологическую активность, обусловленную активностью льда.
Один из спутников Сатурна, Титан, также превышает размерами планету Меркурий. Титан, к слову, является единственным в Солнечной системе спутником с существенной собственной атмосферой.
Уран – самая легкая из планет-гигантов Солнечной системы; его масса всего в 14 раз больше массы Земли. Ось Урана находится под наклоном по отношению к плоскости эклиптики, и он вращается вокруг Солнца как будто под наклоном, на одном боку.
Ядро Урана намного холоднее, чем ядра других газовых гигантов, и эта планета практически не излучает в космос тепла. На сегодняшний день известно о наличии у Урана 27-ми спутников.
Нептун по размерам меньше Урана, но его масса в 17 раз больше массы Земли. Это обусловлено высокой плотностью Нептуна. Помимо спутников, которых у Нептуна четырнадцать, его сопровождают астероиды, которых принято называть «троянцы Нептуна».
Один из спутников Нептуна – Тритон – геологически активен, на его поверхности бьют азотные гейзеры. Тритон примечателен также тем, что является единственным крупным планетарным спутником, который движется в обратном направлении.
Загадки про планеты
Загадка №62
На планете чудеса:Океаны и леса,Кислород есть в атмосфере,Дышат люди им и звери.
(Ответ: Земля)
***
Загадка №63
В телескоп скорей взгляните —Он гуляет по орбите.Там начальник он над всеми,Больше всех других планет.В нашей Солнечной системеНикого крупнее нет.
(Ответ: Юпитер)
***
Загадка №64
Дальше всех стоит он в строе,Имеет цвет волны.Имя как у владыки моря,На нем бушуют ветры.
(Ответ: Нептун)
***
Загадка №65
Пышный газовый гигант —Брат Юпитера и франт.Любит он, чтоб рядом былиКольца изо льда и пыли.
(Ответ: Сатурн)
***
Загадка №66
Все планеты с полюсами,Есть экватор у любой.Но планеты с поясамиНе найдете вы другой.В этих кольцах он один,Очень важный господин.
(Ответ: Сатурн)
***
Загадка №67
Планета голубая,Любимая, родная,Она твоя, она моя,А называется…
(Ответ: Земля)
***
Загадка №68
Вот планетам младший брат,По размеру маловат.К солнышку всех ближе он,Потому и раскален.
(Ответ: Меркурий)
***
Загадка №69
На планете синей-синейДует ветер очень сильный.Год на ней велик весьма —Длится 40 лет зима.
(Ответ: Нептун)
***
Загадка №70
Это красная планетаПо соседству с нами.Он зимой и даже летомМерзнет надо льдами.Странно, что ни говори, —Лед не сверху, а внутри.
(Ответ: Марс)
***
Загадка №71
Крохотулечка-планетаПервой Солнышком согрета,И проворна – год на нейВосемьдесят восемь дней.
(Ответ: Меркурий)
***
Загадка №72
В небе я свечусь нередко,Ваша ближняя соседка.Я Меркурию сестра,И на мне всегда жара.
(Ответ: Венера)
***
Загадка №73
У далекой крохотной планеты,Нет статуса «Большой» планеты.И обидевшись она,В телескопы не видна.
(Ответ: Плутон)
***
Загадка №74
Она от Солнца первая планета,Похожа на Луну по цвету.В глубокой древности ее все греки зналиИ «белою звездою» называли.Быстрее всех планет вращается,В честь покровителя торговли называется.
(Ответ: Меркурий)
***
Загадка №75
Самый яркий объект на небеПосле Солнышка и Луны.В Древнем Риме люди считали,Что это разные две звезды.Одна утром блистает красиво,Вечереет — другая блестит.Смотрит Марс на нее ревниво,Ведь она про любовь говорит.
(Ответ: Венера)
***
Загадка №76
Только Солнце и ЛунаВ небе ярче, чем она.Да и горячей планетыВ Солнечной системе нету.
(Ответ: Венера)
***
Загадка №77
Над планетой красной кружатКаменюки Страх и Ужас.Нет горы нигде на светеВыше, чем на той планете.
(Ответ: Марс)
***
Загадка №78
Покровительствует Бог войны планете.Вся она в оранжевом и красном цвете.Часто кружат бури пылевые,Ветры завывают штормовые,И полярных шапок на горах не счесть,Даже русла рек, морей здесь есть.Верят люди: жизнь планета может обрести,И будут яблони на ней цвести.
(Ответ: Марс)
***
Загадка №79
Великан-тяжеловесМечет молнии с небес,Полосат он, словно кошка,Жаль худеет понемножку.
(Ответ: Юпитер)
***
Загадка №80
Огромная, гигантская планета,Вся состоит из гроз и ярких вспышек света.А в атмосфере есть явление одно:Большое красное пятно.Сияние планеты люди ночью наблюдают,Ученые шестнадцать спутников планеты изучают.
(Ответ: Юпитер)
***
Загадка №81
Такая мрачная, суровая, серьезная планета!От Солнца далеко: здесь холод, мало света.Гуляют вихри скоростные, ветры задувают,И множество колец планету окружают.
(Ответ: Сатурн)
***
Загадка №82
Он уже который векСреди братьев-римлян грек,И сквозь космоса тоскуМчится, лежа на боку.
(Ответ: Уран)
***
Загадка №83
Красиво светится планетаЯрко-бирюзовым, синим светом.Носит имя божества морского,Далека от Солнца, но диаметра большого.Главный спутник у нее — Тритон,Чем-то схож с Луною он.
(Ответ: Нептун)
***
Загадка №84
В честь бога морей,Планету назвали,И цвет голубой,Атмосферу разбавил!
(Ответ: Нептун)
***
Загадка №85
На планете синей-синейДует ветер очень сильный.Холодно на ней весьма —Состоит из воды, газа и льда.
(Ответ: Нептун)
***
Загадка №86
Она моложе всех планет,И в Солнечной системе меньше просто нет.Зовут ее «планета-крошка»,Изучена она совсем немножко.Считают, жизни здесь не будет никогда:Планета просто очень холодна.
(Ответ: Плутон)
***
Загадка №87
Какая планета 8-я от солнца?
(Ответ: Нептун)
***
Загадка №88
Планету Бога неба древние не знали,Лишь в веке восемнадцатом планету наблюдали:Учитель музыки из Англии ее открыл,Что позже астрономом лучшим признан был.Полно метана на планете, царят здесь сумерки, покой…И в телескопы выглядит планета голубой.
(Ответ: Уран)
***
Загадка №89
(Ответ: Солнце)
***
Столкновение Млечного пути и Андромеды
Мафусаил (PSR B1620−26 b)
Планета PSR B1620−26 b, расположенная в созвездии Скорпиона, на сегодняшний день является старейшей планетой в Галактике. Ученые определяют ее возраст в 12,7 миллиардов лет.
Уникально, но Мафусаил обращается не вокруг одной, а вокруг сразу двух звезд — пульсара и белого карлика. Полный оборот планета совершает за 6 земных месяца. Интересно, как образовалась эта система, ведь в результате сверхвзрыва, при котором формируется пульсар, уничтожились бы и ближайшие со звездой объекты.
Дрейфуя в шаровом скоплении, эти три космических объекта приближаются к центру скопления М4. Ученые предполагают, что в будущем из-за этого движения планету ждут новые космические катаклизмы и мы узнаем о появлении новых планет в поле созвездия Скорпион.
17
О системе
Солнечная система — планетная система, включающая в себя центральную звезду Солнце и все естественные космические объекты на гелиоцентрических орбитах. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд лет назад.
Общая масса Солнечной системы составляет около 1,0014 массы Солнца. Большая часть её приходится на Солнце; оставшаяся часть практически полностью содержится в восьми отдалённых друг от друга планетах, имеющих близкие к круговым орбиты, лежащие почти в одной плоскости — плоскости эклиптики. Из-за этого наблюдается противоречащее ожидаемому распределение момента импульса между Солнцем и планетами (так называемая «проблема моментов»): всего 2% общего момента системы приходится на долю Солнца, масса которого в ~740 раз больше общей массы планет, а остальные 98% — на ~0,001 общей массы Солнечной системы.
соотношение размеров планет и Солнца (межпланетные расстояния не в масштабе)
В Солнце сосредоточена подавляющая часть всей массы системы (около 99,866%), оно удерживает своим тяготением планеты и прочие тела, принадлежащие к Солнечной системе. Четыре крупнейших объекта — газовые гиганты — составляют 99% оставшейся массы (при этом большая часть приходится на Юпитер и Сатурн — около 90 %).
планеты земной группы Меркурий, Венера, Земля и Марс
Четыре ближайшие к Солнцу планеты, называемые планетами земной группы, — Меркурий, Венера, Земля и Марс — состоят в основном из силикатов и металлов.
Четыре более удалённые от Солнца планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун (также называемые газовыми гигантами) — намного более массивны, чем планеты земной группы. Крупнейшие планеты, входящие в состав Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, состоят главным образом из водорода и гелия; меньшие газовые гиганты, Уран и Нептун, помимо водорода и гелия, преимущественно содержат воду, метан и аммиак, такие планеты выделяются в отдельный класс «ледяных гигантов». Шесть планет из восьми и четыре карликовые планеты имеют естественные спутники. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун окружены кольцами пыли и других частиц.
Планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун
В Солнечной системе существуют две области, заполненные малыми телами. Пояс астероидов, находящийся между Марсом и Юпитером, схож по составу с планетами земной группы, поскольку состоит из силикатов и металлов. Крупнейшими объектами пояса астероидов являются карликовая планета Церера и астероиды Паллада, Веста и Гигея. За орбитой Нептуна располагаются транснептуновые объекты, состоящие из замёрзшей воды, аммиака и метана, крупнейшими из которых являются Плутон, Седна, Хаумеа, Макемаке, Квавар, Орк и Эрида. В Солнечной системе существуют и другие популяции малых тел, такие как планетные квазиспутники и троянцы, околоземные астероиды, кентавры, дамоклоиды, а также перемещающиеся по системе кометы, метеороиды и космическая пыль.
Большинство крупных объектов, обращающихся вокруг Солнца, движутся практически в одной плоскости, называемой плоскостью эклиптики. Все планеты и большинство других объектов обращаются вокруг Солнца в одном направлении с вращением Солнца (против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса Солнца). Есть исключения, такие как комета Галлея. Самой большой угловой скоростью обладает Меркурий — он успевает совершить полный оборот вокруг Солнца всего за 88 земных суток. А для самой удалённой планеты — Нептуна — период обращения составляет 165 земных лет. Большая часть планет вращается вокруг своей оси в ту же сторону, что и обращается вокруг Солнца. Исключения составляют Венера и Уран, причём Уран вращается практически «лёжа на боку» (наклон оси около 90°)
Солнечная система входит в состав структуры галактики Млечный Путь.