Современная астрономическая картина мира

Горбатов В.В.http://www.slideshare.net/Gorbatov

Содержание:

• Новая астрономическая революция• Солнечная система• Звезды• Галактики• Вселенная в целом• Эволюция Вселенной• Жизнь и разум во Вселенной

1. Новая астрономическая революция

Теоретическая база

• ОТО дала теоретическую почву для космологии

• КМ позволила рассуждать о физических характеристиках небесных тел

• Постановка гуманитарных вопросов, связь с философией

Эмпирическая база

• Изучение внеоптического диапазона излучения• ЭМ-волны• Космические лучи

(высокоэнергетические протоны, электроны, позитроны и пр.)

• Потоки нейтрино• Гравитационные волны

• Развитие внегалактической астрономии (Э.Хаббл)

2. Солнечная система

Строение Солнечной системы• Солнце – желтый карлик• Планеты Земного типа

• Меркурий, Венера, Земля, Марс• Планеты-гиганты

• Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун• Планетоиды (астероиды)• Кометы, метеориты и пр.

Происхождение планет

• Аккреция - процесс падения вещества на космическое тело из окружающего пространства

• 4,6 млрд. лет назад из газопылевой туманности вместе с Солнцем

• Если бы масса допланетного облака превышала 15% от солнечной, оно аккумулировалось бы в звездообразный спутник Солнца

• Газовые кольца, сгустки• Образование планет и их спутников

3. Звезды

Число звезд

• Видимые невооруженным глазом – около 6000

• Ярче 11-й звездной величины (регистрируются) – около миллиона

• Всего доступно наблюдению – около 2 млрд.

• Всего во Вселенной – примерно 1022

• Ближайшая к нам – Проксима Центавра (4,2 световых года)

Состав звезд

• Плазма (ионизированный газ)• В звездах сосредоточено до 99%

видимого вещества во Вселенной• Источники энергии

• Гравитационное сжатие• Термоядерные реакции

• Тонко сбалансированная саморегулирующаяся система

Образование звезд

• Колапс газопылевых облаков• Конденсация и каскадная фрагментация• Прото-звезды• Гравитационное сжатие• При 10-15 млн. градусов «включаются»

термоядерные реакции• Период стабильного существования

Солнца – 10 млрд. лет• В 15 раз тяжелее – всего 10 млн. лет

Нуклеосинтез

• Горение водорода• образование гелия

• Горение гелия• углерод, кислород, неон

• Горение улерода• образование элементов железного

пика (Fe, Ni, Mn и др.)• Реакции нейтронного захвата

• образование тяжелых элементов (кроме трансурановых)

Сверхновые• Выделяется

энергия порядка 1052 эрг

• Нейтринное излучение

• Образование звезды второго поколения

Смерть звезд

• Белый карлик• Остывает 109 лет, меняя цвет

• Нейтронная звезда• Радиус 10-18 км• Плотность 1015 г/см3

• Черная дыра • Если масса превосходит массу

Солнца более чем в 3 раза

Черные дыры• Образуется «горизонт

событий»• Фундаментальное

замедление времени• Продолжительность

жизни ЧД пропорциональна кубу радиуса

• Образование новой сингулярности?

• Испарение? (Зельдович, Хокинг)

4. Галактики

Звездные туманности

• Звездные системы (до 1013 звезд)• В XIX в. У. и Дж.Гершель впервые

открыли их при помощи телескопа• В 1920-е удалось разложить туманности

на звезды• Эдвин Хаббл: наша галактика не

единственная• Ближайшая галактика – туманность

Андромеды (1,5 млн. световых лет)• Самые далекие из наблюдаемых –

свыше 10 млрд. световых лет

Виды галактик• Эллиптические

• Нет ядра• Нет горячих звезд, пыли и газовых

туманностей• Спиральные

• Обычные• Пересеченные

• Неправильные• Много горячих сверхгигантов, газовых

туманностей и пыли• Иногда ядро галактики может

представлять собой черную дыру

Скопления галактик

• Открытие скоплений и сверхскоплений галактик

• В семейство нашей Галактики входят 14 эллиптических карликовых галактик, несколько внегалактических шаровых скоплений и ряд неправильных галактик

«Темная материя»

• Вириальный парадокс: для многих скоплений масса, определяемая по скорости собственного движения галактик, больше массы, определяемой по общей светимости галактик

• Масса скрытой материи может доходить до 90%• Темные холодные звезды• Темные планетные системы• Потоки нейтрино с массой покоя• Аксионы, бозоны Хиггса и пр.

Метагалактики

• МГ – доступная для наблюдения часть Вселенной

• Радиус порядка 10 млрд. св. лет• Красное смещение• Фоновая температура 2,7 К• Равномерное распределение

вещества (МГ однородна в масштабе порядка 200Мпк)

• Мультиверс?

Космологический горизонт• Согласно закону Хаббла, галактики,

находящиеся на расстоянии около 20 млрд. световых лет от нас, должны удаляться со скоростями, равными скорости света

• Сфера, очерченная вокруг нас и имеющая радиус около 20 млрд световых лет, называется горизонтом Вселенной

• За пределами этой сферы никакой информационно связанной с нами реальности не существует (галактики не могут двигаться со скоростями, превышающими скорость света)

5. Вселенная в целом

Модели Вселенной

• Эйнштейн (1918): стационарная модель, - сила отталкивания

• Фридман: (1922) нестационарные решения «мировых уравнений» Эйнштейна

Альберт Эйнштейн

Александр Фридман

Модели Фридмана

< кр

• Гиперболическое расширение

= кр

• Параболическое расширение

> кр

• Пульсирующая вселенная

Открытия Эдвина Хаббла (1929)

• Наша галактика не единственная

• Красное смещение• Галактики удаляют-

ся друг от друга• По мере удаления

скорость возрастает• Возраст Вселенной

примерно 10-20 млрд. лет

Постоянная Хаббла Н = 71 км/c/Мпс

Красное смещение

Теории ранней Вселенной• Ж.Леметр (1927): идея

происхождения Вселенной из одного «атома-отца»

• Джордж (Георгий) Гамов (1946): теория Большого взрыва

• Теория горячей Вселенной (подтверждена открытием реликтового излучения)

Модель горячей вселенной

Инфляция физического вакуума

Рождение Вселенной

• Инфляция физического вакуума

• Большой взрыв• Горячая Вселенная• Образование звезд и галактик

Сценарии будущего Вселенной• Стабилен ли протон?• Тепловая смерть?• Коллапс?

Уникальность констант• Окажись чуть выше гравитационная

константа, и расширение Вселенной прекратилось бы, практически не успев начаться

• Если бы энергия связи в ядре дейтерия была всего на 0,02% ниже, не смог бы идти синтез ядер в звездах

• Если бы если бы масса электрона была хоть чуть-чуть выше (всего на 0,1% от массы атома водорода), то время горения звезд сократилось бы настолько, что эволюция просто не успела бы породить жизнь

Антропный принцип• 1973: Брэндон Картер• Слабый АП: набор фунд.

физических констант в точности таков, чтобы во Вселенной МОГЛА возникнуть жизнь (жизнь как чудо)

• Сильный АП: он в точности таков, чтобы жизнь во Вселенной возникла с НЕОБХОДИМОСТЬЮ (жизнь как замысел)

«Живой космос»?

БИОЛОГИЯ• Родитель• Способ

размножения• Потомство• Мутации• Естественный

отбор

КОСМОЛОГИЯ• «Вселенная-мама»• Черные дыры• «Вселенные-бэби»• Случайно генериру-

емый набор фунд. физических констант

• «Плодовитость»

Пари Смолина (1992)

7. Жизнь и разум во Вселенной

1961: SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence)

• Формула Дрейка:

N = RPNeLCT• R — число звезд, образующихся во Вселенной в

год•  Р — вероятность наличия у звезды планетной

системы• Ne  — вероятность наличия планеты земного типа• L — вероятность реального зарождения жизни на

планете•  С — вероятность техногенного пути развития этой

жизни• T — усредненное время, на протяжении которого

желающая вступить в контакт цивилизация посы-лает сигналы в космос, чтобы связаться с нами

Парадокс Ферми• «Астросоциологический

парадокс»• Майкл Харт (1975): само по

себе отсутствие инопланетян на Земле прямо сейчас является убедительным доказательством отсутствия высокоразвитых внеземных цивилизаций как таковых

• Аргументы против:• Несовершенство средств поиска• Гипотеза «картофельных

грядок»• Гипотеза «зоопарка»• Космологический принцип

Энрико Ферми: «Ну, и где они в таком случае?»