Вселенная (книга)

Вселенная

Автор

Сергей Попов

Жанр

научно-популярная литература

Язык оригинала

русский

Оригинал издан

2018

Издательство

Альпина Нон-фикшн совместно с Политехническим музеем

ISBN

978-5-91671-726-6

«Вселенная» (Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной, 2018) — книга о Вселенной и космологии российского ученого-астрофизика, доктора физико-математических наук, Сергея Борисовича Попова.

О книге

В настоящей книге описывается общая картина Вселенной — от нашей сравнительно небольшой Солнечной системы до бесчисленного множества галактик и их скоплений. Последовательность изложения концепций автором помогает создать у читателя общее, глубокое понимание структуры космоса и действующих законов в нем. Несмотря на то, что «Вселенная» Сергея Попова не является учебником по космологии, в ней приведено большое количество справочных данных и подробно описаны масштабы рассматриваемых принципов. Это позволяет неоднократно возвращаться к некоторым главам книги, пользоваться ей как своеобразной сбалансированной энциклопедией.

Объекты, рассматриваемые в книге

Солнце

Ближайшая звезда к Земле — Солнце. Температура ее поверхности равна приблизительно 5 800 К, что делает Солнце звездой спектрального класса G2.

Находясь на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рассела, наше светило на данном этапе истории проживает середину своей долгого жизненного пути, который составляет около 10 000 000 000 лет. В связи с тем, что на разном расстоянии от центра звезды температура сильно разнится (в ядре она находится в районе 15 000 000 К), уместно рассматривать Солнце как стратифицированный объект со специфическими свойствами у каждого слоя. Можно выделить:

• Внутренние слои:

1. Ядро
2. Зона лучистого переноса
3. Зона конвективного переноса

• Внешние, атмосферные слои:

1. Фотосфера
2. Хромосфера
3. Корона

На более чем 98% Солнце состоит из водорода и гелия, водород при этом доминирует. Помимо электромагнитного излучения, Солнце испускает большое количество частиц с высокой проницающей способностью — нейтрино, однако в связи с их небольшим размером живые существа не способны ощущать их воздействие. Солнце является основным источником энергии и жизни на Земле. Наука, изучающая нашу звезду, называется гелиосейсмологией.

Планеты и другие объекты солнечной системы

Возраст Солнечной системы чуть превышает отметку в 4,5 миллиарда лет. Несмотря на то, что ее масса на более чем 99,5% сосредоточена в самом Солнце, существует огромное разнообразие объектов самой разной природы. Помимо 8 основных планет, среди которых присутствует и Земля, также выделяют 5 карликовых планет: Плутон, Церера, Эрида, Хаумеа и Макемаке.

За орбитой Нептуна находится множество объектов, которые уступают в размере и массе большим планетам. Их называют транснептуновыми объектами, расстояние до которых оценивается в интервале 40–50 a.е. от Солнца. Транснептуновые объекты в зависимости от характеристик их орбит делят на несколько групп, главными из которых являются классический пояс Койпера и так называемый рассеянный диск. Иногда их объединяют под общим названием пояс Койпера. Также, обычными гостями Солнечной системы являются астероиды и кометы.

В течение одного земного года наблюдается несколько десятков комет, приближающихся к Солнцу. В связи с тем, что кометы активно теряют в весе по мере приближения к горячей звезде, можно сделать вывод, что должен существовать некоторый источник комет. Такую гипотезу выдвинул Ян Оорт, в честь которого называют облако Оорта. Облако Оорта — скопление кометных ядер, содержащее сотни миллиардов таких объектов. Облако Оорта определяется примерно от границ пояса Койпера до половины расстояния до ближайших звезд, что превышает 100 тысяч астрономических единиц.

Звезды

Все звезды, которые мы видим на ночном небе, входят в нашу Галактику. Несмотря на видимую стабильность, внутри каждой звезды борются одни из самых сильных взаимодействий во Вселенной: сильная гравитация массивной звезды пытается сжать ее, в то время как термоядерные реакции в ядре компенсируют громадное давление. Звезды образуются из туманностей — скоплений пыли и газа в сравнительно компактном месте пространства.

Примечательно, что обычно звезды имеют одного или нескольких компаньонов, то есть рождаются не в одиночестве. Такие звезды называются двойными или кратными. Более половины всех звезд имеют компаньона, однако обычно одна из звезд имеет бо’льшую массу.

Порой может наблюдаться явление перетекания массы от одной звезды к другой. Часть массы одного объекта под влиянием гравитации передается другой звезде - этот процесс носит название аккреции. Вокруг такой системы может наблюдаться аккреционный диск. Аккреция на компактные объекты приводит к появлению ярких, часто рентгеновских, источников. При слиянии очень массивных объектов, например, белых карликов, наблюдается вспышка сверхновой.

Эволюция звезд и последствия их коллапса

Противостояние ядерных сил и гравитации в звезде не длится бесконечно. Как отметил американский астрофизик Нил Тайсон: «Ничто во Вселенной не вечно. Даже звезды — умирают». Изменения в звезде в ходе её эволюции происходят потому, что ядерное топливо в ядре звезды заканчивается. В конце концов наступает гибель звезды, однако итог этого события заранее не определен. То, что случится со звездой, зависит от набора исходных параметров звезды — в основном от массы и температуры, также от химического состава. Более металлические звезды или тяжелые имеют иную судьбу, нежели легкие и состоящие в основном из водорода и гелия.

Ранняя Вселенная

В начале своей жизни Вселенная обладала двумя принципиально важными физическими параметрами: у нее была очень высокая плотность и очень высокая температура. Большие значения температуры и плотности говорят о том, что в ранней Вселенной доминировала энергия, то есть образование составных структур было невозможным. Тем не менее, остывание происходило быстро, по причине чего уже в течение первых микросекунд стали образовываться легчайшие элементы - водород и гелий в отношении примерно 3:1 соответственно. Тяжелых элементов было мало, они образовывались в основном случайно и существовали ничтожно мало по времени. Сравнительно точные данные о столь далеком прошлом мы получаем, в основном, на основе анализа реликтового фона излучения.

Основные физические приложения

Среди законов о космосе и физических принципов Вселенной, понимание которых дает полную и глубокую картину мира, можно выделить следующие четыре:

• Реликтовое излучение

• Космологическое красное смещение

• Темная материя

• Темная энергия

См. также

• Реликтовое излучение
• Квазары
• Гравитационное линзирование

Библиография

• Сергей Попов Вселенная. — Альпина Нон-фикшн совместно с Политехническим музеем, 2018. — 400 с. — ISBN 978-5-91671-726-6.

Литература

• Физическая энциклопедия под редакцией Прохорова, I и II тома