"Еволюція уявлень людства про будову Всесвіту"


А с т р о н о м і ч н і д о с л і д ж е н н я



Скачати 439.14 Kb.
Сторінка2/2
Дата конвертації09.11.2017
Розмір439.14 Kb.
1   2

А с т р о н о м і ч н і д о с л і д ж е н н я

Х Х – Х Х І с т о л і т т ь

Після відкриття Нептуна Леверьє став уточнювати теорію руху Урану, враховуючи дію Нептуна. До 1875 року стало зрозуміло, що повної згоди спостережень і теорії немає як для одної, так і для іншої планети. Знов ви-никла підозра, що винуватою є ще одна планета, яку ще треба відкрити. За справу взявся американець Персеваль Ловелл (1855-1916 рр.). Вже у 1915 році Ловелл підбив висновок своїм багатороковим дослідженням та почав пошук “планети Х”. Її він так і не знайшов. Після його смерті цю работу ніхто не продовжив, але, як стало відомо пізніше, Ловелл помилився лише на 6,6º...

Пошуки нової планети знову були продовжені у 1919 році американцем Вільямом Пікерінгом (1858-1938 рр.).У своїх розрахунках він помилився всього на 1,1º, тому знову ж таки планету не було знайдено.

Відкрив же саму планету, названу згодом Плутоном, після 13 місяців досліджень Клайд Томбо (народ. 1906 р.) у лютому, але перша згадка про це з'явилася лише у березні 1930 року.

У ХХ столітті багато вчених досліджували Сонце. Великих успіхів у цьому досяг російський учений Аристарх Білопольський (1854-1934 рр.). Виявилося, що на сонячному екваторі обертання проходить швидше, а по мірі віддалення від екватора – повільніше. Було відомо, що тверде однорідне тіло так обертатися не може. Тому Білопольський зробив висновок, що Сонце складається з газів різної густини та різної температури.

За допомогою спостережень, зроблених до нього, Аристарх Аполлонович виявив рух багатьох небесних тіл, перш за все зірок, у бік наближення чи віддалення від Землі.

На основі математичних розрахунків учені припустили, що кільце Сатурна не може бути суцільним, а повинно складатися з багатьох мілких тіл. Провівши дослідження, Білопольський переконався, що кільце обертається так, як може обертатися тіло лише не маючи суцільної маси: більш близькі до планети частини кільця обертаються швидше, більш дальші – повільніше.

Багато праць цього російського астронома присвячені визначенню часу повного оберту навколо своєї осі таких планет, як Юпітер та Венера, вивченню комет тощо.

Найзначніша частина вивчення зірок належить американцю Генрі Ресселлу (1877-1957 рр.). В результаті довготривалих досліджень Ресселл виявив великі відмінності у світимості зірок. Виявилося, що найгарячіші білі та блакитні зірки відрізняються ще і величезною світимістю. Жовті та червоні зірки поділяються на дві групи: із великою світимістю (у сотні й тисячі разів більше, ніж у Сонця) та з відносно малою світимістю (як у Сонця або ще менше). Так було встановлено, що за світимістю зірки поділяють на гі-гантів та карликів. Також згодом, після ще декількох років праці Ресселла було встановлено, що окрім карликів та гігантів існують ще і надгіганти (гарячі – біло-блакитні, та холодні – червоні), субгіганти та субкарлики (тобто зірки, що за світимістю наближаються до одного з них) і білі карлики. Також Ресселл був основоположником сучасних уявлень природи та шляхів розвит-ку зірок.

До 1924 року не було жодного доказу того, що наша Галактика є єдиною у Всесвіті. Знайшов ці докази американський астроном Едвін Хаббл (1889-1953 рр.), довівши за допомогою 250-сантиметрового телескопу, що туманність в Андромеді та деякі інші туманності мають зіркову будову та знаходяться далеко за межами Чумацького Шляху. Та це було лише початком.

Усе своє послідуюче життя Хаббл присвятив дослідженню Галактик. На основі своїх досліджень він стверджував, що не всі галактики мають спіральну форму. Вони ще бувають еліптичної та зовсім неправильною форм.

Одним із найцінніших надбань для науки виявився каталог найточніших визначень блиску 3500 зірок, який був складений німецьким астрономом Карлом Шварцшильда (1873-1916 рр.). Також його дослідження руху зірок у нашій Галактиці дуже багато дали для будови галактики.

У 1927 році голландський астроном Янн Оорт остаточно довів, що усі зірки Галактики утворюють навколо її центру. При цьому у внутрішніх областях кутові швидкості зірок майже однакові. Проте далі до країв Галактики вони поступово зменшуються. Сонце завершує повний оберт навколо центру Галактики приблизно за 200 млн. років. І тільки у 1934 році було встановлено слідуючи параметри нашої зіркової системи:


  • відстань від Сонця до центру Галактики 32 тисячі світлових років;

  • діаметр Галактики 100 тисяч світлових років;

  • товща Галактичного “диску” 10000 світлових років;

  • маса - 165 млрд. сонячних мас.

З'ясування того факту, що зірки з'являються шляхом конденсації хмар газопилового міжзоряного середовища є одним із найкрупніших досягнень астрономії ХХ століття. Ще на його початку вважали, що всі зірки з'явились майже одночасно багато мільярдів років тому. В результаті стало відомо, що багато зірок є порівняно молодими об'єктами.

Важливим аргументом на користь того висновку, що зірки утворюються з міжзоряного газопилового середовища, слугує розташування груп молодих зірок, так званих асоціацій, у спіральних рукавах Галактики, а саме там міжзоряний газ має велику концентрацію.

Центральним у проблемі еволюції зірок є питання про джерела їх енергії. Успіхи у ядерній фізиці дозволили вирішити проблему ще у 30-х роках ХХ століття. Таким джерелом є термоядерні реакції синтезу, що проходять у надрах зірок при дуже високій температурі (близько 10 млн ºК).

У 1959 році було проведена тотожність Галактики у сузір'ї Волопаса, відстань до якої 4500 млн. світлових років та швидкість убіганнь якої досягала 4% швидкості світла. Спроба відкрити ще більш віддалені об'єкти приз-вела до шокуючого відкриття оптичних об'єктів, фотографічні зображення яких мали зіркоподібний вигляд. Їх спільною особливістю була надзвичайно висока інтенсивність випромінювання, через що протягом 2-х років їх вважали новим типом зірок у Чумацькому Шляху. Згодом з'ясувалося, що ці об'єкти - квазари, яких з тих пір було відкрито понад 500, не тільки не належать Чумацькому Шляху, але й мають надзвичайно великі швидкості розбігання - від 30% до 80% швидкості світла.

Залишається незрозумілим, яким чином у квазарах виділяється така гігантська кількість енергії, особливо, якщо враховувати, що це відбувається у малих об'ємах.

Виходячи із розширення Всесвіту, можна припустити, що 10 млрд. років тому вся її першопочаткова речовина повинна була знаходитися у надгустому стані. Вивчення квазарів дає змогу простежити ранішню історію Всесвіту.

Окрім Сонця та 9 великих планет у Сонячній системі є ще й так звані малі тіла. До них відносять астероїди або метеороїди, міжпланетний пил та космічне сміття.

З 1766 року відоме правило Тиціуса-Боде, за ним можна, хоча і наб-лижено, визначити відстані планет від Сонця за такою формулою:



, де

для Меркурія; для Венери; для Землі; для Марса і т.д., аr – середня відстань від планети до Сонця у астрономічних одиницях.

Порівняємо справжні відстані планет rс з обчисленими rо за цим правилом:




Назва планети

n

ro

rc

Меркурій

- ∞

0,4

0,39

Венера

0

0,7

0,72

Земля

1

1,0

1,0

Марс

2

1,6

1,52

???

3

2,8

???

Юпітер

4

5,2

5,2

Сатурн

5

10

9,54

Уран

6

19,6

19,19

На той час невідомим лишалося одне – планета між Марсом та Юпітером.

Відкриття цього тіла зовсім випадково зробив італієць Джузеппе Пі-ацці (1746-1826) 1 січня 1801 року. Цю першу з малих планет, або астероїдів, назвали Церерою. Вона – найбільша серед відомих малих планет.

До кінця ХХ століття на відстані від 2,2 до 3,2 а.о. у так званому поясі астероїдів було виявлено і надійно встановлено параметри орбіт понад 9000 малих планет. Усі вони рухаються навколо Сонця у той самий бік, що й усі інші планети.

З 1992 року розпочалося відкриття нових об'єктів – астероїдів з поясу Койпера (планетоїдів). Цей пояс починається за орбітою Нептуна і тягнеться на відстань 150 а.о. На початок 2000 року було відомо понад 120 планетоїдів з розмірами до 400 км.

Взагалі було висловлено близько 4 десятків космогонічних гіпотез та було розглянуто найрізноманітніші варіанти ранньої історії Сонячної системи.

Теорія, яка розглядає походження Сонячної системи, повинна пояснювати такі факти:

орбіти всіх планет лежать практично у площині Сонячного екватора;

планети рухаються навколо Сонця по орбітах близьких до кола;

напрям обертання планет навколо Сонця однаковий для всіх планет і збігаються з напрямком обертання Сонця і власним обертанням планет (окрім Венери, Урана і Плутона);

у тому самому напрямі, що і планети навколо Сонця, обертається нав-коло них більшість їхніх супутників;

середня відстань планет від Сонця (за винятком Нептуна та Плутона) підлягає правилу Тиціуса-Боде;

99,8% маси Сонячної системи припадає на Сонце і лише 0,14% - на планети, тоді як планетам належить 98% моменту наявної кількості руху Сонячної системи;

планети поділяються на 2 групи, різко відмінні між собою за середньою густиною, хімічним складом, розмірами і внутрішньою будовою.

На сьогодні найімовірнішою гіпотезою є та, за якою планети утворились з того самого газопилового диска, що й Сонце. Першим, хто висунув ідею про те, що Земля та інші планети сформувалися з холодних допланетних тіл – планетозималей, був Отто Юлійович Шмідт (1891-1956 рр.).

Розглянемо можливий сценарій утворення планетної системи, уточнений сучасними теоретиками, що опирається на дослідження Сонячної та деяких інших планетних систем, відкритих в останні роки.

На початку еволюції планетної системи розглядаються газопиловий диск, маса якого становить кілька відсотків від маси Сонця. Хімічний склад – 99% газу і 1% пилових частинок.

З підвищенням температури протозорі нагрівається диск, що призводить до випарування частинок та розпаду молекул газу на атоми. Атоми іоні-зуються і розміри диску збільшуються до кількох десятків а.о.

Під дією відчутного магнітного поля частинки диску починають гальмуватися, температура його зменшується і тверді пилові частинки компенсуються. Цей І етап еволюції тривав приблизно 1000 років.

На ІІ етапі формування протопланетного диску (ППД) частинки збільшуються у розмірах, злипаються, утворюючи згустки речовини, яка перебуває у стані гравітаційної нестійкості.

На ІІІ етапі відбувається збільшення розмірів згустків матерії й утворення допланетних тіл великих розмірів – планетозималей. Він тривав десь десятки тисяч років.

З цих планетозималей відбувалась акумуляція планет. Вивчавши склад планет можна побачити закономірності їх будови. Ріст планет земної групи (Меркурій, Венера, Земля, Марс) відбувався при відсутності легких газів за рахунок кам'янистих частин та тіл, що містили в собі залізо та інші метали. Основна маса газів розсіялась по планетах-гігантах, в яких поверх каменистих та льодових планетоземалій нарощувалась воднево-гелійові оболонки.

У 1922 році у німецькому журналі “Цайтшрифт фюр фізік” надрукував статтю радянського вченого Фрідмана, в якій той аналізував космологічну теорію Ейнштейна. На відміну від Ейнштейна, який всупереч своїм власним висновкам із загальної теорії відносності відстоював стаціонарність Всесвіту. На основі уважного аналізу розв'язків рівнянь Ейнштейна Фрідману вдалося показати, що речовина у Всесвіті не може перебувати в стаці-онарному стані, і Всесвіт з часом змінюється.

За теорією Фрідмана можливі три варіанти розвитку Всесвіту: Всесвіт закритий, відкритий і пуль­суючий. Усі ці варіанти мають те спільне, що в якийсь момент часу в минулому (10 чи 20 млрд років тому) відстань між сусідніми об'єктами Всесвіту мала дорівнювати нулю. У цей момент, який називається Великим Вибухом, густина Всесвіту й кривизна простору мали бути нескінченно великими, тобто Всесвіт мав бути точкою, яку математики називають сингулярною. У сингулярній точці всі су­часні закони фізики втрачають свою дію, а тому цю точку можна розгля­дати як математичний образ нової фізичної реальності.

Процес переходу космічної матерії з цього «точкового» стану на стадію розширення і є Вели­ким Вибухом. Від цієї часової межі починається історія нашого Всесвіту. Що передувало Великому Вибуху - невідомо. Відлік часу починається від 10-43 с.

Період від 10-43 с до 10-35 с називається епохою Великого об'єднання. До кінця цієї епохи, за теоретичними міркуван­нями, деякі області Всесвіту пе­реохолодилися і знаходилися в особливому стані, який називаєть­ся псевдовакуумом, або «хибним вакуумом».

Кожні 10-34 с Всесвіт подвою­вав свої розміри - роздування йшло вибухоподібним чином. А це і є Великий Вибух.

Миттєво перейшовши до стану звичної для нас гравітаційної взаємодії в момент 10-35 с, Всесвіт продовжував розширюва­тися за інерцією, за рахунок того поштовху, що був наданий у пері­од роздування. Величезний запас потенціальної енергії псевдовакууму під час фазового перехо­ду Всесвіту із переохолодженого стану виділився у вигляді випро­мінювання. Від цього моменту і почалась історія гарячого Всесвіту.

Деякий час Всесвіт перебував у так званому рівноважному стані. Почалась ера лептонів - легких частинок. Через 10-4 с Всесвіт став схожим на густий суп, у якому випромі­нювання було змішане з лептонами, протонами та нейтронами. Через 10 с після початку Великого Вибуху випромінювання вже переважало над речовиною - почалась ера випромінювання. Саме на цьому етапі за температури 1 млрд. К почалось утворен­ня ядер гелію, другого після вод­ню за поширеністю у Всесвіті хімічного елемента. Цей процес тривав близько 200 хвилин.

Через 1 млн. років, при подальшому розширенні й охолодженні речовини до температури 3000 К, утворились атоми водню. Випромінювання відділилось від речовини. Всесвіт став прозорим. Настала наступна ера в історії Всесвіту - ера речовини, яка триває і дотепер.

Із речовини через 1 млрд. років після Великого Вибуху утворилися надскупчення, скупчення галактик, окремі галактики, а в галактиках – окремі зорі.

Цей сценарій утворення і розвитку Всесвіту підтверджується такими спостереженими даними:



  • відсотковий вміст гелію у речовині, що відповідає розрахунковому за теорією Великого Вибуху (25% гелію і 75% водню в загальній масі);

  • однорідність простору у великих масштабах (100 Мпк);

  • наявність неоднорідностей у невеликих масштабах;

  • співвідношення між випромінюванням і речовиною.

Чи буде Всесвіт продовжувати розширятися вічно чи він у кінці кінців знов стискатиметься, перейдучи у стан із надвеликою густиною? Сьогод-ні ми маємо конкретні методи спостережливої перевірки цього припущення, та вона має ряд значних труднощів. Тому покищо ми невзмозі відповісти на усі ці питання.

В И С Н О В О К

Настало золоте століття астрономії. Спостереження небесних об'єктів проводяться скрізь у космосі та на Землі. Розкриті таємниці джерел енергії зірок, становляться зрозумілими шляхи еволюції зірок та галактик протягом мільярдів років.

Двадцяте століття було дуже прогресивним у плані дослідження Світу. Ці дослідження зв'язані з можливістю вивчати Всесвіт у широкій області спектру електромагнітних хвиль. Тут перший великий крок було зроблено одразу ж після ІІ Вітчизняної Війни, коли з'явилися нові методи спостережень – радіоастрономічні. Після цього, у 1957 році із запуском першого штучного супутника Землі почалася нова ера – з'явилася можливість виносити наукові прилади у космос й вести дослідження звідти. Для дослідження став під силу увесь спектр електромагнітного випромінювання, а також довгохвильове радіовипромінювання.

Та все ще багато питань залишаються без відповідей. Наприклад, яка планета знаходиться далі за Плутоном – Смайлі, Карла чи ще якась? Або чи буде Всесвіт нескінченно розширюватися, чи почне стискатися до свого першопочаткового стану?

Зараз впевнено можна сказати лише одне: наші уявлення про Всесвіт будуть безперервно змінюватись – так, як вони змінювалися в минулі століття.



ІІІ. ВИСНОВОК


Образно кажучи, повна відсутність знань законів будови Всесвіту – це глибока, безпросипна ніч історії людства. Але за кожною ніччю приходить ранок та день, після періоду незнань завжди приходить розквіт істини, що є таким бажаним у кожному цивілізованому суспільстві.

Під час написання навчально-дослідницької роботи я намагалася встановити взаємозв'язок між розвитком цивілізацій та еволюцію поглядів на будову Всесвіту. На мій погляд, в мене це достатньо вдало вийшло, адже зміст роботи повністю відповідає назві: “Еволюція уявлень людства про будову Всесвіту”.

Спостереження за нічним небом здаються мені одним з найцікавіших та найповчальнішим зайняттям у свій вільний час. Коли я вибирала тему своєї першої дослідницької роботи, то перш за все керувалася власним інтересом у предметі. Мені захотілося не тільки більше дізнатися про астроно-мічні дослідження, а й у доступній формі викласти цю інформацію для широких мас.

Літератури на астрономічну тематику у бібліотеках міста дуже багато, тому її пошук не склав особливої проблеми. Найцікавіша, проте найдовша частина роботи, - це обробка літератури, хоча, якщо вважати предмет цікавим, цей процес буде задоволенням для кожного дослідника.

Звичайно, у роботі такого малого об'єму марно намагатися викласти усі подробиці астрономічних досліджень того чи іншого століття. У роботі було викладено факти лише у загальному вигляді. Це розширити світогляд учнів на питання про будову Всесвіту та історію астрономічної науки.

Для дійсно зацікавлених даною темою, я раджу ознайомитися з літературою, список якої поданий нижче.



IV. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ


  1. Бруно Дж., “Диалоги”. “Госполитиздат” – 1949 рік;

  2. Воронцов-Вельямінов Б.А., “Очерки о Вселенной”. Мінськ “Наука” – 1980 рік;

  3. Гомер, переклад Жуковського В.А., “Одиссея”. Москва “Маяк” – 1959 рік, с.76;

  4. Зигель Ф.Ю., “Астрономия в ее развитии”. Москва “Просвещение” – 1988 рік;

  5. Клімішин І.А., “Астрономия вчера и сегодня”. “Наукова думка” – 1977 рік, с. 45;

  6. Клімішин І.А., Крячко І.П., “Астрономия”. Москва “Просвещение” –2001 рік.

  7. Під редакцією Кроткова Л.М., “Сказки народов мира”. Москва “Правда” – 1987 рік;

  8. Мітчелл Дж., енциклопедія “Наука и Вселенная”. Москва “Мир” – 1983 рік;

  9. Мучнікова І.В., атлас “Человек и Вселенная”. Москва “Картография”– 1994 рік, с. 185;

  10. Тарапов І.Є., журнал “Університети”. “Золоті сторінки” – 2001 рік, №1;

  11. Шкловський І.С., “Вселенная, Жизнь, Разум”. Мінськ “Наука” – 1987 рік;

  12. Щеглов П.В., “Отраженные в небе мифы Земли”. Мінськ “Наука” – 1986 рік;

** Гомер, “Одиссея”, переклад Жуковського В.А., “Маяк” – 1959 рік, с. 76

** Мучнікова І.В., “Человек и Вселенная”, Москва “Картографія” – 1994 рік, с. 185

** Клімішин І.А., “Астрономия вчера и сегодня”, вид. “Наукова думка” – 1977 рік, с.45

Каталог: data -> file doc
data -> Українська архітектура
data -> Тема. Метод архітектурної біоніки. Біотектонічне моделювання Мета
data -> Реферат на тему: Залізодефіцитна анемія (малокрів'я)
data -> Кафедра медичної біології, мікробіології, вірусології та імунології
data -> І тип анафілактичні реакції
data -> Положення про денний стаціонар» Додаток 4 до наказу моз україни від 23 лютого 2001 р. N 72 «Примірне положення про денний стаціонар»
data -> Рахіт І рахітоподібні захворювання у дітей
file doc -> Юлія павленко міні-реферат
file doc -> Рішення щодо створення навчальних програм);  Рада саамських шкіл
file doc -> Формування України як правової держави на базі позитивного досвіду Королівства Норвегії

Скачати 439.14 Kb.

Поділіться з Вашими друзьями:
1   2




База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2020
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка