Реферати

Реферат: Виникнення і еволюція Всесвіту

Криміналістична фотографія. Поняття дослідницької фотографії. Мікрофотозйомка. Макрофотографія. Репродукційна фотографія. Фотографія, що контрастує. Методи фотографування в невидимих променях.

Операції з нерухомим майном. Поняття "нерухомість", "житлові і нежилі приміщення". Операції з нерухомим майном - купівля-продаж, дарування, оренда, приватизація, іпотека, лізинг. Суб'єкти взаємин на ринку нерухомості. Поняття і види спадкування. Коло спадкоємців за законом.

Поняття і види слідчих дій. Вивчення поняття і класифікації слідчих дій - способів збирання і перевірки доказів, що детально регламентовані законом і забезпечені можливістю застосування державного примуса. Правила виробництва слідчих дій.

Правовий режим товарних знаків і знаків обслуговування. Положення про інтелектуальну власність у Російській Федерації. Особливості правового режиму товарних знаків і знаків обслуговування, і вимоги, пропоновані до них. Державна реєстрація, захист прав на товарні знаки і знаки обслуговування.

Дозвільний порядок переміщення через митний кордон Російської Федерації окремих категорій товарів. Положення дозвільної системи переміщення через митний кордон РФ окремих категорій товарів: ввіз і вивіз лікарських засобів і фармацевтичних субстанций, зброї і боєприпасів до нього, культурних цінностей, товарів подвійного призначення.

По астрономії

На тему: "Виникнення і еволюція вселеної"

Павленко Ярослава

МОУ СОШ №16

11 А клас

План

1. Інфляційна теорія виникнення Вселеної

2. Богословная теорія виникнення Вселеної

3. Виникнення і еволюція зірок

4. Виникнення і еволюцію планет

Дізнавшись про теорію Великого вибуху, я задав собі питання, звідки ж взялося те, що вибухнуло?

Питання про походження Всесвіту з всіма її відомими і поки незнаними властивостями испокон віків хвилює людину. Але тільки в ХХ віці, після виявлення космологічного розширення, питання про еволюцію Вселену стало потроху проясняться. Останні наукові дані дозволили зробити висновок, що наш Всесвіт народився 15 мільйонів років тому внаслідок Великого вибуху. Але що саме вибухнуло в той момент і що, власне, існувало до Великого вибуху, як і раніше залишалося загадкою. Створена в ХХ повіці інфляційна теорія появи нашої мир дозволила істотно просунуться у вирішенні цих питань, загальна картина перших митей Всесвіту сьогодні вже непогано прорисована, хоч багато які проблеми ще чекають свого часу.

До початку минулого віку було усього два погляди на походження нашого Всесвіту. Вчені вважали, що вона вічна і незмінна, а богослови говорили, що Мир створений і у нього буде кінець. Двадцятий вік, зруйнувавши дуже багато що з того, що було створено в попередні тисячоліття, зумів дати свої відповіді на більшість питань, що займали розуми вчених минулого. І бути може, одним з найбільших досягнень віку, що пішов є прояснення питання про те, як виник Всесвіт, в якому ми живемо, і які існують гіпотези з приводу її майбутнього. Простий астрономічний факт - розширення нашого Всесвіту - привів до повного перегляду всіх космогонических концепцій і розробки нової фізики - фізики виникаючих і зникаючих світів. Всього 70 років тому Едвін Хаббл виявив, що світло від більш далеких галактик «червоніше» за світло від більш близьких. Причому швидкість розбігання виявилася пропорційна відстані від Землі (закон розширення Хаббла). Виявити це вдалося завдяки ефекту Доплера (залежність довжини хвилі світла від швидкості джерела світла). Оскільки більш далекі галактики здаються більш «червоними», то передбачили, що і віддаляються вони з більшою швидкістю. До речі, розбігаються не зірки і навіть не окремі галактики, а скупчення галактик. Найближчі від нас зірки і галактики пов'язані один з одним гравітаційними силами і утворять стійкі структури. Причому в якому напрямі ні подивися, скупчення галактик розбігаються від Землі з однаковою швидкістю, і може показатися, що наша Галактика є центром Всесвітом, однак це не так. Де б ні знаходився спостерігач, він буде скрізь бачити все ту ж картину - всі галактики розбігаються від нього. Але такий розліт речовини зобов'язаний мати початок. Значить, всі галактики повинні були народитися в одній точці. Розрахунки показують, що сталося це приблизно 15 млрд. років тому. У момент такого вибуху температура була дуже великою, і повинне було з'явитися дуже багато квантів світла. Звісно, згодом все остигає, а кванти розлітаються по виникаючому простору, але відгомони Великого вибуху повинні були зберегтися до наших днів. Перше підтвердження факту вибуху прийшло в 1964 році, коли американські радіоастроном Р. Вільсон і А. Пензіас виявили реліктове електромагнітне випромінювання з температурою біля 3° по шкалі Кельвіна (-270°З). Саме це відкриття, несподіване для вчених, переконало їх в тому, що Великий вибух дійсно мав місце і спочатку Всесвіт була дуже гарячою. Теорія Великого вибуху дозволила пояснити безліч проблем, що стояли перед космологією. Але, на жаль, а може, і на щастя, вона ж поставила і ряд нових питань. Зокрема: Що було до Великого вибуху? Чому наш простір має нульову кривизну і вірний геометрія Евкліда, яку вивчають в школі? Якщо теорія Великого вибуху справедлива, то чому нинішні розміри нашого Всесвіту набагато більше сантиметра, що передбачається теорією 1? Чому Всесвіт на здивування однорідний, в той час як при будь-якому вибуху речовина розлітається в різні сторони надто нерівномірно? Що привело до початкового нагріву Всесвіту до неймовірної температури більше за 10 13 До?

Все це вказувало на те, що теорія Великого вибуху неповна. Довгий час здавався, що просунутися далі вже неможливо. Тільки чверть віку назад завдяки роботам російських фізиків Е. Глінера і А. Старобінського, а також американця А. Гуса було описано нове явище - сверхбистрое інфляційне розширення Всесвіту. Опис цього явища засновується на добре вивчених розділах теоретичної фізики - загальної теорії відносності Ейнштейна і квантової теорії поля. Сьогодні вважається загальноприйнятим, що саме такий період, що отримав назву «інфляція», передував Великому вибуху.

При спробі дати уявлення про суть початкового періоду життя Вселеного доводиться оперувати такими сверхмалими і сверхбольшими числами, що наша уява насилу їх сприймає. Спробуємо скористатися деякою аналогією, щоб зрозуміти суть процесу інфляції.

Уявимо собі покритий снігом гірський схил, в який украплені різнорідні дрібні предмети - камінчики, гілки і шматочки льоду. Хтось, що знаходиться на вершині цього схилу, зробив невеликий сніжок і пустив його котитися з гори. Рухаючись вниз, сніжок збільшується в розмірах, оскільки на нього налипають нові шари снігу з всіма включеннями. І чим більше розмір сніжку, тим швидше він буде збільшуватися. Дуже скоро з маленького сніжку він перетвориться у величезну грудку. Якщо схил закінчується проваллям, то він полетить в неї з швидкістю, що все більш збільшується. Досягши дна, грудка удариться об дно провалля і його складові частини розлетяться у всі сторони (до речі, частина кінетичної енергії грудки при цьому піде на нагрів навколишнього середовища і снігу, що розлітається ).

Тепер опишемо основні положення теорії, використовуючи приведену аналогію. Передусім фізикам довелося ввести гіпотетичне поле, яке було назване «инфлатонним» (від слова «інфляція»). Це поле заповнювало собою весь простір (в нашому випадку - сніг на схилі). Завдяки випадковим коливанням воно приймало різні значення в довільних просторових областях і в різні моменти часу. Нічого істотного не відбувалося, поки випадково не утворилася однорідна конфігурація цього поля розміром більше за 10. Що ж до Всесвіту, що спостерігається нами, то вона в перші миті свого життя, мабуть, мала розмір 10 -27 див. Передбачається, що на таких масштабах вже справедливі основні закони фізики, відомі нам сьогодні, тому можна передбачити подальшу поведінку системи. Виявляється, що відразу після цього просторова область, зайнята флуктуацією (від лати. fluctuatio - «коливання», випадкові відхилення фізичних величин, що спостерігаються від їх середніх значень), починає дуже швидко збільшуватися в розмірах, а инфлатонное поле прагне зайняти положення, в якому його енергія мінімальна (сніжна грудка покотилася). Таке розширення продовжується всього 10 -35 секунди, але цього часу виявляється досить для того, щоб діаметр Всесвіту зріс як мінімум в 10 27 раз і до закінчення інфляційного періоду наш Всесвіт придбав розмір приблизно 1 див. Інфляція закінчується, коли инфлатонное поле досягає мінімуму енергії - далі падати нікуди. При цьому кінетична енергія, що нагромадилася переходить в енергію і частинок, що розлітаються, що народжуються, інакше говорячи, відбувається нагрів Всесвіту. Якраз цей момент і називається сьогодні Великим вибухом.

Гора, про яку говорилося вище, може мати дуже складний рельєф-дещо різних мінімумів, долини внизу і всякі горби і купина. Сніжні комья (майбутні всесвіти) безперервно народжуються вгорі гори за рахунок флуктуацій поля. Кожна грудка може скотитися в будь-якій з мінімумів, породивши при цьому свій всесвіт зі специфічними параметрами. Причому всесвіти можуть істотно відрізнятися один від одного. Властивості нашого Всесвіту найдивнішим образом пристосовані до того, щоб в ній виникло розумне життя. Іншим всесвітам, можливо, повезло менше.

Ще раз хотілося б підкреслити, що описаний процес народження Всесвіту «практично з нічого» спирається на суворо наукові розрахунки. Проте у всякої людини, що уперше знайомиться з інфляційним механізмом, описаним вище, виникає немало питань.

Сьогодні наш Всесвіт складається з великого числа зірок, не говорячи уже про приховану масу. І може показатися, що повна енергія і маса Всесвіту величезні. І абсолютно незрозуміло, як це все могло вміститися в первинному об'ємі 10-99см3. Однак у Всесвіті існує не тільки матерія, але і гравітаційне поле. Відомо, що енергія останнього негативна і, як виявилося, в нашому Всесвіті енергія гравітації в точності компенсує енергію, укладену в частинках, планетах, зірках і інших масивних об'єктах. Таким чином, закон збереження енергії чудово виконується, і сумарна енергія і маса нашого Всесвіту практично рівні нулю. Саме ця обставина частково пояснює, чому Всесвіт, що зароджується тут же після появи не перетворилася у величезну чорну діру. Її сумарна маса була абсолютно микроскопична, і спочатку просто чомусь було коллапсировать. І тільки на більш пізніх стадіях розвитку з'явилися локальні згустки матерії, здатні створювати поблизу себе такі гравітаційні поля, з яких не може виритися навіть світло. Відповідно, і частинок, з яких «зроблені» зірки, на початковій стадії розвитку просто не існувало. Елементарні частинки почали народжуватися в той період розвитку Всесвіту, коли инфлатонное поле досягло мінімуму потенційної енергії і почався Великий вибух.

Область, зайнята инфлатонним полем, розросталася з швидкістю, істотно більшої швидкості світла, однак це ніскільки не суперечить теорії відносності Ейнштейна. Швидше за світло не можуть рухатися лише матеріальні тіла, а в цьому випадку рухалася уявна, нематеріальна межа тієї області, де народжувався Всесвіт (прикладом сверхсветового руху є переміщення світлової плями по поверхні Місяця при швидкому обертанні освітлюючого її лазера).

Причому навколишнє середовище зовсім не чинило опір розширенню області простору, охопленого все більш инфлатонним полем, що швидко розростається, оскільки її як би не існує для виникаючого Миру. Загальна теорія відносності затверджує, що фізична картина, яку бачить спостерігач, залежить від того, де він знаходиться і як рухається. Так ось, описана вище картина справедлива для «спостерігача», що знаходиться всередині цієї області. Причому цей спостерігач ніколи не взнає, що відбувається поза тією областю простору, де він знаходиться. Інший «спостерігач», що дивиться на цю область зовні, ніякого розширення зовсім не виявить. Щонайбільше він побачить лише невелику іскорку, яка по його годинах зникне майже вмить. Навіть саме витончена уява відмовляється сприймати таку картину. І все-таки вона, мабуть, вірна. Принаймні, так вважають сучасні вчені, черпаючи упевненість у вже відкритих законах Природи, правильність яких багато разів перевірена.

Треба сказати, що це инфлатонное поле і зараз продовжує існувати і флуктуировать. Але тільки ми, внутрішні спостерігачі, не в змозі цього побачити - адже для нас маленька область перетворилася в колосальний Всесвіт, меж якої не може досягнути навіть світло.

Отже, відразу після закінчення інфляції гіпотетичний внутрішній спостерігач побачив би Всесвіт, заповнений енергією у вигляді матеріальних частинок і фотонів. Якщо всю енергію, яку міг би виміряти внутрішній спостерігач, перевести в масу частинок, то ми отримаємо приблизно 10 80 кг. Відстані між частинками швидко збільшуються через загальне розширення. Гравітаційні сили тяжіння між частинками зменшують їх швидкість, тому розширення Всесвіту після завершення інфляційного періоду поступово сповільнюється.

Відразу після народження Всесвіт продовжував зростати і охлаждаться. При цьому охолоджування відбувалося в тому числі і завдяки банальному розширенню простору. Електромагнітне випромінювання характеризується довжиною хвилі, яку можна зв'язати з температурою - чим більше середня довжина хвилі випромінювання, тим менше температура. Але якщо простір розширяється, то будуть збільшуватися і відстань між двома «горбами» хвилі, і, отже, її довжина. Значить, в просторі, що розширяється і температура випромінювання повинна меншати. Що і підтверджує надто низька температура сучасного реліктового випромінювання.

По мірі розширення міняється і склад матерії, що наповнює наш мир. Кварки об'єднуються в протони і нейтрони, і Всесвіт виявляється заповненим вже знайомими нам елементарними частинками - протонами, нейтронами, електронами, нейтрино і фотонами. Присутні також і античастинки. Властивості частинок і античастинок практично ідентичні. Здавалося б, і кількість їх повинна бути однаковою відразу після інфляції. Але тоді всі частинки і античастинки взаємно знищилися б і будівельного матеріалу для галактик і нас самих не залишилося б. І тут нам знову повезло. Природа потурбувалася про те, щоб частинок було трохи більше, ніж античастинок. Саме завдяки цій невеликій різниці і існує наш мир. А реліктове випромінювання - це якраз наслідок анігіляції (тобто взаимоуничтожения) частинок і античастинок. Звісно, на початковому етапі енергія випромінювання була дуже велика, але завдяки розширенню простору і як наслідок - охолоджуванню випромінювання ця енергія швидко убувала. Зараз енергія реліктового випромінювання приблизно в десять тисяч разів (104 разів) менше енергії, укладеної в масивних елементарних частинках.

Поступово температура Всесвіту впала до 1010 К. К цьому моменту вік Всесвіту становив приблизно 1 хвилину. Тільки тепер протони і нейтрони змогли об'єднуватися в ядра дейтерія, тритія і гелію. Це відбувалося завдяки ядерним реакціям, які люди вже добре вивчили, висаджуючи термоядерні бомби і експлуатуючи атомні реактори на Землі. Тому можна упевнено передбачати, скільки і яких елементів може з'явитися в такому ядерному казані. Виявилося, що велика кількість легких елементів, що спостерігається зараз добре узгодиться з розрахунками. Це означає, що відомі нам фізичні закони однакові у всій частині Всесвіту, що спостерігається і були такими вже в перші секунди після появи нашого світу. Причому біля 98% існуючого в природі гелію утворилося саме в перші секунди після Великого вибуху.

Відразу після народження Всесвіт проходив інфляційний період розвитку - всі відстані стрімко збільшувалися (з точки зору внутрішнього спостерігача). Однак густина енергії в різних точках простору не може бути в точності однаковій - якісь неоднорідності завжди присутні. Передбачимо, що в якійсь області енергія трохи більше, ніж в сусідніх. Але раз всі розміри швидко зростають, то і розмір цієї області також повинен зростати. Після закінчення інфляційного періоду ця область, що розрослася буде мати трохи більше частинок, ніж навколишній її простір, так і її температура буде трохи вище.

Зрозумівши неминучість виникнення таких областей, прихильники інфляційної теорії звернулися до експериментаторів: «необхідно виявити флуктуації температури...» - констатували вони. І в 1992 році це побажання було виконане. Практично одночасно російський супутник «Релікт-1» і американський «COBE» виявили необхідні флуктуації температури реліктового випромінювання. Як вже говорилося, сучасний Всесвіт має температуру 2,7 До, а знайдені вченими відхилення температури від середнього становили приблизно 0,00003 К. Неудівітельно, що такі відхилення важко було виявити раніше. Так інфляційна теорія отримала ще одне підтвердження.

З відкриттям коливань температури з'явилася ще одна захоплююча можливість - пояснити принцип формування галактики. Адже щоб гравітаційні сили стискали матерію, необхідний початковий зародок - область з підвищеною густиною. Якщо матерія розподілена в просторі рівномірно, то гравітація, подібно Буріданову ослу, не знає, в якому напрямі їй діяти. Але якраз області з лишком енергії і породжує інфляція. Тепер гравітаційні сили знають, на що впливати, а саме, на більш щільні області, створені під час інфляційного періоду. Під дією гравітації ці спочатку трохи більш щільні області будуть стискуватися і саме з них в майбутньому утворяться зірки і галактики.

Сучасний нам момент еволюції Вселеної надто вдало пристосований для життя, і тривати він буде ще багато мільярдів років. Зірки будуть народжуватися і вмирати, галактики обертатися і стикатися, а скупчення галактик - відлітати все далі один від одного. Тому часу для самоудосконалення у людства предостаточно. Правда, саме поняття «зараз» для такого величезного Всесвіту, як наша, погано визначене. Так, наприклад, життя, що спостерігається астрономами квазаров, видалених від Землі на 10-14 млрд. світлових років, відстоїть від нашого «зараз» якраз на ті самі 10-14 млрд. років. І чим далі в глибочину Всесвіту ми заглядаємо за допомогою різних телескопів, тим більше ранній період її розвитку ми спостерігаємо.

Сьогодні вчені спроможний пояснити більшість властивостей нашого Всесвіту, починаючи з моменту в 10 -42 секунди і до цього часу і навіть далі. Вони можуть також прослідити утворення галактик і досить упевнено передбачити майбутнє Всесвіту. Проте ряд «дрібної» незбагненності ще залишається. Це передусім - суть прихованої маси (темної матерії) і темної енергії. Крім того, існує багато моделей, що пояснюють, чому наш Всесвіт містить набагато більше частинок, ніж античастинок, і хотілося б визначитися зрештою з вибором однієї правильної моделі.

Як вчить нас історія науки, звичайно саме «дрібні недоробки» і відкривають подальші шляхи розвитку, так що майбутнім поколінням вчених напевно буде ніж зайнятися. Крім того, більш глибокі питання також вже стоять на порядку денному фізиків і математиків. Чому наш простір трьохмірний? Чому всі константи в природі немов «підігнані» так, щоб виникло розумне життя? І що ж таке гравітація? Вчені вже намагаються відповісти і на ці питання.

Ну і звісно, залишимо місце для несподіванок. Не треба забувати, що такі основоположні відкриття, як розширення Всесвіту, наявність реліктових фотонів і енергія вакууму, були зроблені, можна сказати, випадково і не очікувалися вченим співтовариством.

Можливі сценарії розвитку нашого світу

1. Пульсуюча модель Всесвіту, при якій услід за періодом розширення наступає період стиснення і все закінчується Великою бавовною

2. Всесвіт зі суворо підігнаною середньою густиною, в точності рівній критичній. У цьому випадку наш мир Евклідов, і його розширення весь час сповільнюється

3. Рівномірно Всесвіт, що розширяється через інерцію. Саме на користь такої відкритої моделі світу до останнього часу свідчили дані про підрахунок середньої густини нашої Вселеної

4. Мир, що розширяється з все наростаючою швидкістю. Новітні експериментальні дані і теоретичні дослідження говорять про те, що Всесвіт розлітається все швидше, і незважаючи на евклидовость нашого світу, велика частина галактик в майбутньому буде нам недоступна. І винна в так дивному улаштуванні світу та сама темна енергія, яку сьогодні зв'язали з деякою внутрішньою енергією вакууму, того, що заповнює весь простір

Що ж чекає наш Всесвіт надалі? Ще декілька років тому у теоретиків в зв'язку з цим були усього дві можливості. Якщо густина енергії у Всесвіті мала, то вона буде вічно розширятися і поступово остигати. Якщо ж густина енергії більше деякого критичного значення, то стадія розширення зміниться стадією стиснення. Всесвіт буде стискуватися в розмірах і нагріватися. Значить, одним з ключових параметрів, що визначає розвиток Всесвіту, є середня густина енергії. Так ось, астрофизические спостереження, що проводяться до 1998 року, говорили про те, що густина енергії становить приблизно 30% від критичного значення. А інфляційні моделі передбачали, що густина енергії повинна бути рівна критичної. Апологетів інфляційної теорії це не дуже бентежило. Вони відмахувалися від опонентів і говорили, що бракуючі 70% «як-небудь знайдуться». І вони дійсно знайшлися. Це велика перемога теорії інфляції, хоч знайдена енергія виявилася такою дивною, що викликала більше питань, ніж відповідей. Схоже, що шукана темна енергія - це енергія самого вакууму.

У представленні людей, не пов'язаних з фізикою, вакуум - «це коли нічого немає» - ні речовини, ні частинок, ні полів. Однак це не зовсім так. Стандартне визначення вакууму - це стан, в якому відсутні частинки. Оскільки енергія укладена саме в частинках, то, як резонно вважали навряд чи не все, включаючи і вчених, немає частинок - немає і енергії. Значить, енергія вакууму рівна нулю. Вся ця благостная картина звалилася в 1998 році, коли астрономічні спостереження показали, що розбігання галактик трошки відхиляється від закону Хаббла. Викликаний цими спостереженнями у космологов шок тривав недовго. Дуже швидко стали публікуватися статті з поясненням цього факту. Самим простим і природним з них виявилася ідея про існування позитивної енергії вакууму. Адже вакуум, зрештою, означає просто відсутність частинок, але чому лише частинки можуть володіти енергією? Виявлена темна енергія виявилася розподіленою в просторі на здивування однорідно. Подібну однорідність важко здійснити, адже якби ця енергія була укладена в якихсь незнаних частинках, гравітаційна взаємодія примушувала б їх зібратися в грандіозні конгломерати, подібні галактикам. Тому енергія, схована в просторі-вакуумі, дуже витончено пояснює улаштування нашого світу.

Однак можливі і інші, більш екзотичні, варіанти мироустроения. Наприклад, модель Квінтессенциї, елементи якої були запропоновані радянським фізиком А. Д. Долговим в 1985 році, передбачає, що ми всі ще скочуємося з тієї самої гірки, про яку говорилося на початку нашого оповідання. Причому котимося ми вже дуже довго, і кінця цьому процесу не видно. Незвичайна назва, запозичена у Арістотеля, означає деяку «нову суть», покликану пояснити, чому мир влаштований так, а не інакше.

Сьогодні варіантів відповіді на питання про майбутнє нашого Всесвіту стало значно більше. І вони істотно залежать від того, яка теорія, що пояснює приховану енергію, є правильною. Передбачимо, що вірне найпростіше пояснення, при якому енергія вакууму позитивна і не міняється згодом. У цьому випадку Всесвіт вже ніколи не стиснеться і нам не загрожує перегрів і Велика бавовна. Але за все хороше доводиться платити. У цьому випадку, як показують розрахунки, ми в майбутньому ніколи не зможемо досягнути всіх зірок. Більш того кількість галактик, видимих з Землі, буде меншати, і через 10-20 млрд. років в розпорядженні людства залишиться усього декілька сусідніх галактик, включаючи нашу - Молочний Шлях, а також сусідня Андромеду. Людство вже не зможе збільшуватися кількісно, і тоді доведеться зайнятися своєю якісною складовою. У утіху можна сказати, що декілька сотень мільярдів зірок, які будуть нам доступні в так віддаленому майбутньому, - це також немало.

Проте, чи знадобляться нам зірки? 20 мільярдів років - великий термін. Адже усього за декілька стільники мільйонів років життя розвинулося від трилобіту до сучасної людини. Так що наші далекі нащадки, можливо, будуть на зовнішній вигляд і можливості відрізнятися від нас ще більше, ніж ми від трилобіту. Що ж обіцяє їм ще більш віддалене майбутнє, по прогнозах сучасних вчених? Ясно, що зірки будуть тим або інакшим способом «вмирати», але будуть утворюватися і нові. Цей процес також не нескінченний - приблизно через 10 14 років, по припущенню вчених, у Всесвіті залишаться тільки слабосветящиеся об'єкти - білі і темні карлики, нейтронні зірки і чорні діри. Майже всі вони також загинуть через 10 37 років, вичерпавши всі запаси своєї енергії. До цього моменту залишаться лише чорні діри, що поглинули всю іншу матерію. Що може зруйнувати чорну діру? Будь-які наші спроби зробити це лише збільшують її масу. Але «ніщо не вічне під Місяцем». Виявляється, чорні діри повільно, але випромінюють частинки. Значить, їх маса поступово меншає. Всі чорні діри також повинні зникнути приблизно через 10 100 років. Після цього залишаться лише елементарні частинки, відстань між якими буде набагато перевершувати розміри сучасного Всесвіту (приблизно в 1090 раз) - адже весь цей час Всесвіт розширялася! Ну і, звісно, залишиться енергія вакууму, яка буде абсолютно домінувати у Всесвіті. До речі, властивості такого простору уперше вивчив В. Де Ситтер ще в 1922 році. Так що нашим нащадкам має бути або змінити фізичні закони Всесвіту, або перебратися в інші всесвіти. Зараз це здається неймовірним, але хочеться вірити в могутність людства, як би воно, людство, ні виглядало в так віддаленому майбутньому. Тому що часу у нього предостаточно.

До речі, можливо, що вже і зараз ми, самі того не відаючи, створюємо нові всесвіти. Для того щоб в дуже маленькій області виникла новий всесвіт, необхідно ініціювати інфляційний процес, який можливий тільки при високій густині енергій. Адже експериментатори вже давно створюють такі області, зіштовхуючи частинки на прискорювачах... І хоч ці енергії ще дуже далекі від інфляційних, імовірність створення всесвіту на прискорювачі вже не рівна нулю. На жаль, ми є тим самим «видаленим спостерігачем», для якого час життя цього «рукотворной» всесвіту дуже малий, і впровадитися в неї і подивитися, що там відбувається, ми не можемо...

Хоч це не єдина теорія виникнення Миру. Богослови вважали, що Всесвіт створений Богом, Творцем. Причому у різних народів існували різні теорії, наприклад біблійна теорія. Створення світу відбувалося шість днів.

У перший день "Спочатку бог створив небо і землю. Земля ж була бездонна і пуста, і пітьма над безоднею..., "потім сказав Бог: "Так буде світло!"

У другий день Бог сказав: "Так буде твердь посеред води, і так відділяє вона воду від води!"

У третій день Бог сказав: "Так збереться вода, яка під небом в одне місце, і так з'явиться суша!"

Настав четвертий день, Бог сказав: "Так будуть світила на тверді небесній, для відділення дня і ночі, і для знамень і часів, і днів і років; і так будуть вони світильниками на тверді небесній, що б світити на Землю! "Це означало про появу Сонця, Місяця і зірок.

У п'яти день Бог створив риб, що плазують, тваринах, і "всякого птаха пернатого", а в шостий день створив першу людину.

З іншої священної книги-Корану-також можна дізнатися про шестиденне створення Світу, про те, як Бог (Аллах) створив "сім небес" і "сім земель", причому спочатку небеса і землі були сполучені, а потім відокремилися.

Інфляційна і богословная теорії найбільш поширені на Землі, і завжди будуть прихильники тієї або інакшої теорії. Я би хотів ближче розглянути тему походження і еволюції зірок і планет. Обговоримо детальніше, що являють собою зірки - ці світлові точки на небосхилі - в світлі сучасної концепції.

Спочатку формується протозвезда. Частинки гігантської рухомої газопилевого хмари в деякій області простору притягуються між собою за рахунок гравітаційних сил. Відбувається це дуже повільно, адже сили, пропорційні масі вхідних в хмару атомів (в основному атомів водня) і пилинок, надзвичайно малі. Однак поступово частинки зближуються, густина хмари наростає, воно стає непрозорим, сферична "грудка", що утворюється починає потроху обертатися, зростає і сила тяжіння, адже тепер маса "грудки" велика. Все більше і більше частинок захоплюється, все більше густина речовини. Зовнішні шари давлять на внутрішні, тиск в глибині зростає, а, значить, зростає і температура. (Саме так йде справа з газами, які були детально вивчені на Землі). Нарешті, температура стає такою великою - декілька мільйонів градусів, - що в ядрі цього тіла, що утворюється створюються умови для протікання ядерної реакції синтезу: водень починає перетворюватися в гелій. Про це можна взнати, реєструючи потоки нейтрино - елементарних частинок, що виділяються при такій реакції. Реакція супроводиться могутнім потоком електромагнітного випромінювання, яке давить (силою світлового тиску, уперше виміряною в Земній лабораторії П. Лебедевим) на зовнішні шари речовини, протидіючи гравітаційному стисненню. Нарешті, стиснення припиняється, оскільки тиск урівноважується, і протозвезда стає зіркою. Щоб пройти цю стадію своєї еволюції протозвезде треба декілька мільйонів років, якщо її маса більше сонячної, і декілька стільники мільйонів років, якщо її маса менше сонячної. Зірок, маси яких менше сонячної в 10 раз, дуже мало.

Маса є однією з важливих характеристик зірок. Цікаво відмітити, що досить поширені двійчасті зірки - що утворюються поблизу один одного і що обертаються навколо загального центра. Їх нараховується від 30 до 50 відсотків від загального числа зірок. Виникнення двійчастих, ймовірно, пов'язано з розподілом моменту кількості руху початкової хмари. Якщо у такої пари утвориться планетна система, то рух планет може бути досить хитромудрим, а умови на їх поверхнях будуть сильно змінюватися в залежності від розташування планети на орбіті по відношенню до світил. Вельми можливо, що стаціонарних орбіт, на зразок тих, що можуть існувати в планетних системах одинарних зірок (і існують в Сонячній системі), не виявиться зовсім. Звичайні, одинарні зірки в процесі своєї освіти починають обертатися навколо своєї осі.

Іншою важливою характеристикою є радіус зірки. Існують зірки - білі карлики, радіус яких не перевищує радіуса Землі, існують і такі - червоні гіганти, радіус яких досягає радіуса орбіти Марса. Хімічний склад зірок за спектроскопическим даними в середньому такий: на 10000 атомів водня доводиться 1000 атомів гелію, 5 атомів кисня, 2 атоми азоту, 1 атом вуглеводу, інших елементів ще менше. Через високі температури атоми іонізуються, так що речовина зірки є в основному воднево-гелієвою плазмою - загалом електрично нейтральною сумішшю іонів і електронів. У залежності від маси і хімічного складу початкової хмари зірка, що утворилася попадає на ту або інакшу дільницю, так званої головної послідовності на діаграмі Герцшпрунга-Рессела. Остання являє собою координатну площину, на вертикальній осі якої відкладається светимость зірки (т. е. кількість енергії, що випромінюється їй в одиницю часу), а на горизонтальній - її спектральний клас (характеризуючий колір зірки, який в свою чергу залежить від температури її поверхні). При цьому "сині" зірки більш гарячі, ніж "червоні", а наше "жовте" Сонце має проміжну температуру поверхні порядку 6000 градусів) (мал. 2). Традиційно спектральні класи від гарячих до холодних означаються буквами О, В, А, F, G, K, M, при цьому кожний клас ділиться на десять підкласів. Так, наше Сонце має спектральний клас G2. На діаграмі видно, що більшість зірок розташовується вдовж плавної кривої, що йде з лівого верхнього кута в правий нижній. Це і є головна послідовність. Наше Сонце також знаходиться на ній. По мірі "вигоряння" водня в центрі зірки її маса трохи міняється і зірка трохи зміщається вправо вдовж головної послідовності. Зірки з масою порядку сонячної знаходяться на головній послідовності 10-15 млрд. років (наше Сонце знаходиться на ній вже біля 4,5 млрд. років). Поступово енергії в центрі зірки виділяється все менше, тиск падає, ядро стискується, і температура в ньому зростає. Ядерні реакції протікають тепер тільки в тонкому шарі на межі ядра всередині зірки. У результаті зірка загалом починає "розбухати", а її светимость збільшуватися. Зірка сходить з головної послідовності і перебирається в правий верхній кут діаграми Герцшпрунга-Рессела, перетворюючись в так званий "червоний гігант". Після того, як температура ядра червоного гіганта, що стискується (тепер вже гелієвого) досягне 100-150 млн. градусів, починається нова ядерна реакція синтезу - перетворення гелію у вуглевод. Коли і ця реакція вичерпає себе, відбувається скидання оболонки - істотна частина маси зірки перетворюється в планетарну туманність. Гарячі внутрішні шари зірки виявляються "зовні", і їх випромінювання "роздуває" оболонку, що відділилася. Через декілька десятків тисяч років оболонка розсіюється, і залишається невелика дуже гаряча щільна зірка. Повільно остигаючи, вона переходить в лівий нижній кут діаграми і перетворюється в "білий карлик". Білі карлики, мабуть, являють собою заключний етап нормальної еволюції більшості зірок.

Але зустрічаються і аномалії. Деякі зірки час від часу спалахують, перетворюючись в нові зірки. При цьому вони кожний раз втрачають порядку сотої частки відсотка своєї маси. З добре відомих зірок можна згадати нову в сузір'ї Лебедя, що спалахнула в серпні 1975 року і що пробула на небозводі декілька років. Але іноді трапляються і спалахи сверхнових - катастрофічні події, ведучі до повного руйнування зірки, при яких за короткий час випромінюється енергії більше, ніж від мільярдів зірок тієї галактики, до якої належить сверхновая. Така подія зафіксована в китайських хроніках 1054 року: на небозводі з'явилася така яскрава зірка, що її можна було бачити навіть вдень. Результат цієї події відомий нам тепер як Крабовідная туманність (мал. 3), "повільне" поширення якої по небу ми спостерігаємо в останні 300 років. Швидкість розльоту її газів внаслідок вибуху складає порядку 1500 м/з, але вона знаходиться дуже далеко. Зіставляючи швидкість розльоту з видимим розміром Крабовідной туманності, ми можемо розрахувати час, коли вона була точковим об'єктом, і знайти його місце на небосхилі - ці час і місце відповідають часу і місцю появи зірки, згаданої в хроніках.

Якщо маса зірки, що залишилася після скидання оболонки "червоним гігантом" перевершує сонячну в 1,2-2,5 рази, то, як показують розрахунки, стійкий "білий карлик" утворитися не може. Зірка починає стискуватися, і її радіус досягає нікчемних розмірів в 10 км, а густина речовини такої зірки перевищує густину атомного ядра. Передбачається, що така зірка складається з щільно упакованих нейтронів, тому вона так і називається - нейтронна зірка. Згідно з цією теоретичною моделлю у нейтронної зірки є сильне магнітне поле, а сама вона обертається з величезною швидкістю - декілька десятків або сотень оборотів в секунду. І тільки виявлені (саме в Крабовідной туманності) в 1967 році пульсари - точкові джерела імпульсного радіовипромінювання високої стабільності - володіють якраз такими властивостями, яких потрібно було чекати від нейтронних зірок. Явище, що Спостерігається підтвердило концепцію.

Якщо ж маса, що залишилася ще більше, то гравітаційне стиснення нестримно стискає речовину і далі. Вступає в дію одну з прогнозів загальної теорії відносності, згідно з яким речовина стиснеться в точку. Це явище називається гравітаційним колапсом, а його результат - "чорною дірою". Ця назва пов'язана з тим, що гравітаційна маса такого об'єкта настільки велика, сили тяжіння настільки значні, що не тільки яке-небудь речовинне тіло не може покинути околицю чорної діри, але навіть світло - електромагнітний сигнал - не може ні відбитися, ні вийти "назовні". Таким чином, безпосередньо спостерігати чорну діру неможливо, можна лише здогадатися про її існування по непрямих ефектах. Рухаючись в просторі у напрямі до чорної діри (про яку ми поки нічого не знаємо), можна виявити, що малюнок сузір'їв, розташованих прямо по курсу починає мінятися. Це пов'язано з тим, що світло, що йде від зірок і що проходить неподалеку від чорної діри, відхиляється її тяжінням. По мірі наближення до діри виникне пуста область, оточена світловими точками-зірками, в тому числі і такими, яких раніше не спостерігалося. Світло від деяких зірок може, проходячи мимо діри, повертати навколо неї, а потім попасти в приймальні пристрої спостерігача. Таким чином, одна зірка може давати декілька зображень в різних місцях. Все це, звісно, суперечить як нашому життєвому досвіду, так і класичним уявленням, згідно яким світло розповсюджується прямолінійно. Однак на користь існування чорних дір говорить цілий ряд непрямих астрономічних спостережень, а відхилення світла під дією гравітаційного тяжіння реєструється вже при проходженні променя мимо такого "нормального" об'єкта, як Сонці.

Тепер можна перейти до теми виникнення планет.

Рух планет в Сонячній системі упорядкування: вони обертаються навколо Сонця в одному напрямі і майже в одній площині. Відстані від однієї планети до іншої зростають закономірно. Орбіти планет близькі до кіл, що і дозволяє їм обертатися навколо Сонця мільярди років, не стикаючись один з одним.

Якщо рух планет підкоряється одному і тому ж порядку, то і процес їх освіти повинен бути єдиним. Це показали в XVIII в. Иммануил Кант і Пьер Лаплас. Вони прийшли до висновку, що на місці планет навколо Сонця спочатку оберталася туманність з газу і пилу.

Але звідки взялася ця туманність? І яким чином газ і пил перетворилися у великі планетні тіла? Ці питання залишалися невирішеними в космогонії XIX і початки XX в. Каменем спотикання була і проблема моменту кількості руху планет. Маса всіх планет системи в 750 раз менше маси Сонця. При цьому на частку Сонця доводиться лише 2% загальних моменти кількості руху, а інші 98% укладені в орбітальному обертанні планет.

Впритул цими проблемами наука зайнялася лише у другій половині XX в. Майже до кінця 80-х рр. ранню історію нашої планетної системи доводилося "відтворювати" лише на основі даних про неї саму. І тільки до 90-м рр. сталі доступні для спостережень невидимі раніше об'єкти - газопилевие диски, що обертаються навколо деяких молодих зірок, схожих з Сонцем.

Газопилевую туманність, в якій виникли планети, їх супутники, дрібні тверді тіла - метеорити, астероїди і комети, називають протопланетним (або допланетним) хмарою. Планети обертаються навколо Сонця майже в одній площині, а значить, і сама газопилевое хмара мала уплощенную, чечевицеобразную форму, тому його називають ще диском. Вчені вважають, що і Сонце, і диск утворилися з однієї і тієї ж маси міжзоряного газу, що обертається - протосолнечной туманності.

Початкова фаза протосолнечной туманності - предмет дослідження астрофізики і зіркової космогонії. Вивчення ж її еволюції, що привела до появи планет, - центральна задача космогонії планетної.

Вік Сонця нараховує трохи менше 5 млрд. років. Вік древнейших метеоритів майже такий же: 4,5-4,6 млрд. років. Так же старі і рано затверділі частини місячної кори. Тому прийнято вважати, що Земля і інші планети сформувалися 4,6 млрд. років тому. Сонце відноситься до зірок так званого другого покоління Галактики. Самі старі її зірки значно (на 8-10 млрд. років) старше Сонячної системи. У Галактиці є і молоді зірки, яким всього 100 тис. - 100 млн років (для зірки це зовсім юний вік). Багато Хто з них схожий на Сонці, і по них можна судити про початковий стан нашої системи. Спостерігаючи декілька десятків подібних об'єктів, вчені дійшли наступних висновків.

Розмір допланетного хмари Сонячної системи повинен був перевищувати радіус орбіти останньої планети - Плутона. Хімічний склад молодого Сонця і його газопилевого хмари-диска, що оточував, мабуть, був однаковий. Загальний зміст водня і гелію досягав в ньому 98%. На частку всіх інших, більш важких елементів доводилося лише 2%; серед них переважали летучі з'єднання, що включають вуглевод, азот і кисень: метан, аміак, вода, вуглекислота. Іншими методами і в інших галузях знання.

Розрахунки показують, що в межах орбіти Плутона, т. е. диска радіусом 40 а. е., загальна маса всіх планет разом із загубленими до теперішнього часу летучими речовинами повинна була становити 3-5% від маси Сонця. Таку модель хмари називають хмарою помірно малої маси, вона підтверджується і спостереженнями околозвездних дисків.

Якби маса хмари була порівнянна з масою центрального тіла, то повинна була б утворюватися зірка - компаньйон Сонця (або ж треба знайти пояснення викиду величезних надлишків речовини з Сонячної системи).

Найменше вивчена сама рання стадія - виділення протосолнечной туманності з гігантської батьківської молекулярної хмари, належної Галактиці. У 40-х рр. академік Отто Юльевич Шмідт висунув ту, що стала загальноприйнятою гіпотезу про утворення Землі і інших планет з холодних твердих допланетних тіл - планетезималей. Поширена раніше точка зору, що планети"- це невеликі залишки ніколи розжарених гігантських газових згустків сонячного складу, що втратили летучі речовини, прийшла в суперечність з науками про Землю.

Земля, як показують дослідження, ніколи не проходила через вогненно-рідке, т. е. повністю розплавлений стан. Досліджуючи крок за кроком еволюцію допланетного диска, вчені отримали послідовність основних етапів розвитку газопилевого диска, що оточував Сонце, в систему планет.

Первинний розмір хмари перевищував сучасний розмір планетної системи, а його склад відповідав тому, який спостерігається в міжзоряних туманностях: 99% гази і 1% пилевих частинок розмірами від часткою мікрометра до сотень мікрометрів. Під час колапсу, т. е. падіння газу з пилом на центральне ядро (майбутнє Сонце), речовина сильно розігрівалася, і міжзоряний пил міг частково або повністю випаруватися. Таким чином, на першій стадії хмара перебувала майже цілком з газу, притому добре перемішеного завдяки високій турбулентності - разнонаправленному, хаотичному руху частинок.

По мірі формування диска турбулентність стихає. Це займає небагато часу - біля 1000 років. При цьому газ охлаждаться і в ньому знову утворяться тверді пилевие частинки. Такий перший етап еволюції диска.

Для остигаючої допланетного хмари характерно дуже низький тиск - менше за десятитисячной частки атмосфери. При такому тиску речовина з газу конденсується безпосередньо в тверді частинки, минуя рідку фазу. Першими конденсуються самі тугоплавкие з'єднання кальцію, магнію, алюмінію і титана, потім магнієві силікати, залізо і нікель. Після цього в газовому середовищі залишаються лише сірка, вільний кисень, азот, водень, всі інертні гази і деякі летучі елементи.

У процесі конденсації стають активними пари води, що окисляють залізо і створюючі гидраризованние з'єднання. Основні ж космічні елементи - водень і гелій - залишаються в газоподібній формі. Для їх конденсації були б потрібні температури, близькі до абсолютного нуля, ні при яких умовах недосяжні в хмарі.

Хімічний склад пилинок в допланетном диску визначався температурою, яка падала по мірі видалення від Сонця. На жаль, розрахувати зміну температури в допланетном хмарі дуже важко. Хімічний склад планет земної групи показує, що вони складаються в основному з речовин, що конденсувалися при високих температурах. У складі ближньої частини пояса астероїдів переважають каменисті тіла. По мірі видалення від Сонця в поясі астероїдів збільшується число тіл, які містять збагачені водою мінерали і деякі летучі речовини. Їх вдалося виявити в метеоритах, що є уламками астероїдів. Серед малих планет, мабуть, немає або дуже небагато крижаних тіл. Отже, межа конденсації водяного льоду повинна була проходити за ними, не ближче зовнішнього краю пояса астероїдів - в три із зайвим разу далі від Сонця, ніж Земля.

У той же час найбільші супутники Юпітера - Ганімед і Каллісто - наполовину складаються з води. Вони знаходяться на набагато більшій відстані від Сонця, чому пояс астероїдів. Значить, водяний лід конденсувався у всій зоні утворення Юпітера. Починаючи з орбіти Юпітера і далі в допланетном хмарі повинні були переважати крижані пилинки з вкрапленнями більше за тугоплавких речовин. У області зовнішніх планет, при ще більш низькій температурі, в складі пилинок виявилися льоди метану, аміаку, тверда вуглекислота і інші замерзлі летучі з'єднання. Подібний склад в цей час мають кометние ядра, що залітають в околиці Землі з далекої периферії Сонячної системи.

Перші конденсати - пилинки, льдинки - відразу після своєї появи починали рухатися крізь газ до центральної площини хмари. Чим крупніше були частинки, тим швидше вони осідали, оскільки при своєму русі більш великі частинки (на відміну від дрібних) зустрічають менший опір газу на одиницю їх маси.

На другому етапі завершувалося утворення тонкого пилевого шара - пилевого субдиска - в центральній площині хмари. Розшарування хмари супроводилося збільшенням розмірів частинок до декількох сантиметрів. Стикаючись один з одним, частинки злипалися, при цьому швидкість їх руху до центральної площини збільшувалася і зростання також прискорювався.

У деякий момент густина пилу в субдиске наблизилася до критичного значення, перевищивши густину газу вже в десятки разів. При досягненні критичної густини пиловий шар робиться гравітаційно нестійким. Навіть дуже слабі ущільнення, випадково виникаючі в ньому, не розсіюються, а, навпаки, згодом густішають. Спочатку в ньому могла утворитися система кілець, які, ущільняючись, також втрачали свою стійкість і на третьому етапі еволюції диска розпадалися на безліч окремих дрібних згустків. Через обертання, успадковане від диска, що обертається, ці згустки не можуть відразу стиснутися до густини твердих тіл. Але, стикаючись один з одним, вони об'єднуються і все більш ущільняються. На четвертому етапі утвориться рій допланетних тіл розміром біля кілометра; первинне число їх досягає багатьох мільйонів.

Описаний шлях утворення тіл можливий, якщо пиловий субдиск дуже плоский: його товщина повинна бути у багато разів менше діаметра. Такі об'єкти існують і нині, наприклад кільця Сатурна.

Інший шлях формування допланетних тіл крім гравітаційної конденсації - це їх пряме зростання при зіткненнях дрібних частинок. Вони можуть злипатися лише при невеликих швидкостях зіткнень, при досить розпушеній поверхні контакту або у разі підвищеної сили зчеплення.

Такі тіла, яким би з двох шляхів вони ні виникли, послужили будівельним матеріалом для формування планет, супутників і метеорних тіл.

Вчені передбачають, що допланетние тіла, що утворилися на периферії хмари при дуже низькій температурі, збереглися досі в кометном хмарі, куди вони були покинені гравітаційними обуреннями планет-гігантів.

Утворення допланетних тіл в газопилевом хмарі продовжувалося десятки тисяч років - надто незначний термін в космогонической шкалі часу. Подальше об'єднання тіл в планети - акумуляція планет - набагато більш тривалий процес, що зайняв сотні мільйонів років. Детально відновити його дуже важко: подальша геологічна стадія, дриваючий вже більше за 4 млрд. років, до теперішнього часу стерла особливості початкового стану планет.

Допланетний рій являв собою складну систему великого числа тіл планетезималей. Вони володіли неоднаковою масою і рухалися з різними швидкостями. Крім загальної для всіх тіл на даній відстані від Сонця швидкості звертання по орбіті ці тіла мали додаткові індивідуальні швидкості з випадково розподіленими напрямами. У допланетном хмарі самими численними завжди були дрібні частинки і тіла. Меншу частку складали тіла проміжних розмірів. Великих тіл, порівнянних з Місяцем або Марсом, було зовсім мало.

Еволюція хмари вела до того, що саме в трохи великих тілах зосереджувалася основна маса усього планетної речовини. Ця ієрархія збереглася і до наших днів: сукупна маса планет набагато вище загальної маси всіх малих тіл - супутників, астероїдів, комет і пилевих частинок.

Великі тіла своїм гравітаційним впливом поступово збільшують хаотичні швидкості планетезималей. Кожне зближення двох тіл міняє характер їх руху по околосолнечним орбітах. Як правило, орбіти стають більш довгастими і більш нахиленими до центральної площини. Таким чином, протягом цього етапу йде "раскачка" системи від дуже плоского диска до більш потовщеного. При цьому тіла придбавають тим великі хаотичні швидкості, чим менше їх маса, і навпаки.

Зростають тіла дуже нерівномірно. Саме велике з них в будь-якій кільцевій зоні, де орбіти інших тіл перетинаються з його орбітою, отримує привілейоване положення і в перспективі може стати зародком планети.

Роль зіткнень можна пояснити на прикладі сучасного пояса астероїдів, де наслідки ударів неоднакові для різних тіл. У нинішній час хаотичні швидкості астероїдів становлять приблизно 5 км/з; з такими ж швидкостями вони стикаються з дрібними тілами. Енергія удару при падінні тіла на поверхню астероїда звичайно так велика, що руйнується не тільки саме упале тіло, але і частина астероїда. Утвориться ударний кратер, викиди з якого розлітаються з швидкостями сотні метрів в секунду. Речовина, що Розлітається знову падає на поверхню астероїда тільки в тому випадку, якщо він володіє достатнім тяжінням.

Всі астероїди сучасного пояса втрачають масу при зіткненнях. Лише трохи самих великих (з радіусами більше за 200 км) щонайбільше здатні зберегти свою масу. Точно так само і зіткнення планетезималей приводили до зростання лише найбільш великих з них.

Внутрішню частину Сонячної системи утворять планети земної групи - Меркурій, Венера, Земля і Марс. Склад цих планет свідчить, що їх зростання відбувалося у відсутність легких газів за рахунок каменистих частинок і тіл, що містили різну кількість заліза і інших металів.

Головна умова зростання тіл при зіткненнях - їх низькі відносні швидкості на початковому етапі. Щоб тіла досягли кілометрових розмірів, хаотичні швидкості не повинні перевищувати 1 м/з. Це можливе, тільки якщо немає сильного впливу ззовні. У зоні зростання планет земної групи зовнішні впливи були слабі, лише в зоні Марса позначився вплив Юпітера, що вповільнював його зростання і що зменшував масу. У поясі астероїдів, навпаки, явно простежується обурюючий вплив сусідньою планети-гіганта Юпітера. Стадія об'єднання планетезималей в планети і їх зростання тривала більше за 100 млн років.

Період дисипації (розсіяння) газу із зони земних планет продовжувався не більше за 10 млн років. У основному газ видувався сонячним вітром, т. е. потоками заряджених частинок (протонів і електронів), що викидаються з поверхні Сонця з швидкостями сотні кілометрів в секунду.

Сонячний вітер очистив від газу не тільки область планет земної групи, але і більш віддалені простори планетної системи. Однак планети-гіганти Юпітер і Сатурн вже встигли увібрати в себе безліч речовини, переважну частину маси всієї планетної системи.

Як же формувалися планети-гіганти? Їх зародки могли виникати двома шляхами: через гравітаційну нестійкість газової маси допланетного диска або шляхом наростаючого захвата газової атмосфери на масивному ядрі з планетезималей.

У першому випадку маса допланетного хмари повинна була складати значну частку маси Сонця, а склад планет-гігантів повинен співпадати з сонячним. Ні те ні інше не відповідає фактам. Дослідження останніх років показали, що в ядрах Юпітера і Сатурна, мабуть, присутні елементи важче за водень і гелій, складові щонайменше 5-6% маси планети. Це істотно більше, ніж можна було б чекати при сонячному змісті хімічних елементів. Значить, більш вірогідний другий шлях: спочатку, як і у планет земної групи, утвориться масивне ядро-зародок з каменистих і крижаних планетезималей, а потім воно нарощує воднево-гелієву оболонку.

Процес приєднання речовини називають аккрецией. Починаючи з однієї-двох маси Землі, тіло може не тільки втримувати газову атмосферу на поверхні, але і в темпі, що прискорюється захоплювати нові порції газу, якщо на шляху його руху є газова середа. Аккреция припиняється лише тоді, коли газ повністю вичерпаний. Тривалість цього процесу набагато коротше, ніж стадія утворення ядра-зародка. По розрахунках вчених, зростання ядра Юпітера тривало десятки, а ядра Сатурна - сотні мільйонів років.

Поки ядро, занурене в газ, невелико, воно приєднує лише невелику атмосферу, що знаходиться в рівновазі. Але при деякій критичній масі (2-3 маси Землі) газ починає в зростаючому темпі випадати на тіло, сильно збільшуючи його масу. На стадії швидкої аккреції всього за декілька стільники років Юпітер виріс до маси, що перевищує 50 маси Землі, поглинувши газ з сфери свого гравітаційного впливу. Потім швидкість аккреції впала, оскільки газ міг поступати до планети лише шляхом повільної дифузії з більш широкої зони диска.

Одночасно Юпітер продовжував зростати за рахунок твердих планетезималей, а ті, що не були ним поглинені, могли бути відкинуті його тяжінням або всередину, в зону астероїдів і зону Марса, або геть з Сонячної системи. Юпітер повідомляв твердим тілам швидкості більше швидкості звільнення: для того щоб покинути Сонячну систему з орбіти Юпітера, досить швидкості всього 18 км/з, а тіло, що пролітає від Юпітера на відстані декількох його радіусів, розганяється до десятків кілометрів в секунду.

Сатурн формувався аналогічним образом. Але його ядро росло не так швидке і досягло критичної маси пізніше. До цього часу через дію сонячного вітру газу залишилося менше, ніж в зоні Юпітера до початку його аккреції. Ось чому в порівнянні з Юпітером Сатурн містить в декілька разів речовини, що більше конденсується і ще сильніше відрізняється по складу від Сонця.

Уран і Нептун зростали ще повільніше, а газ із зовнішньої зони диссипировал швидше. Коли ці планети досягли критичної маси, газу в їх зонах майже не залишилося. Тому на частку водня і гелію доводиться лише біля 10% маси Урану, Нептун же містить їх ще менше. Головними складовими цих тіл є вода, метан і аміак, а також оксиди важких елементів; гази входять в планетні атмосфери.

Двоступенева схема утворення планет-гігантів (формування ядер з конденсованих речовин і газової аккреция на ці ядра) підтверджується фактами. По-перше, з'ясувалося, що сучасна маса ядер Юпітера і Сатурна, а також маси Урану і Нептуна без їх атмосфер мають близькі значення: 14-20 маси Землі, тоді як частка газів - водня і гелію - в них закономірно меншає по мірі видалення від Сонця. По-друге, існують такі "речові докази" ранньої історії планет-гігантів, як їх супутники і кільця. Аккреция газу на планети супроводиться освітою навколо них газопилевих дисків, в яких формуються супутники.

На стадії швидкої аккреції звільнялося безліч енергії, і верхні шари планет сильно нагрівалися. Максимальна температура поверхні Юпітера і Сатурна, мабуть, становила декілька тисяч градусів - майже як у зірок. У диску Юпітера, де формувалися його супутники, на близьких відстанях від планети температура була вище за точку конденсації водяної пари, а на більш далеких - нижче. І дійсно, ближні супутники Юпітера, включаючи Іо і Європу, складаються з каменистих речовин, а більш віддалені - Ганімед і Каллісто - наполовину з водяного льоду. У Сатурна в диску температура була нижче, тому лід там конденсувався на всіх відстанях (частинки кілець Сатурна і всі його близькі супутники - крижані).

Список літератури:

· Журнал "Навколо світу" лютий 2004 р., стор. 56-65

· Зінгель Ф. Ю. Астрономія: все розвитку, 1988

· Левітан Е. П. Астрономія. Освіта, 1994/Левітан Е. П. Твоя Всесвіт. Освіта 1995

· Чернін А. Д. Звезди і фізика. М.: Наука, 1994.

· Шкловський И. С. Звезди: їх народження, життя, смерть. М., 1984