Загальне землезнавство - Олійник Я.Б. - 3.2. Основні риси будови Всесвіту

Наша Земля є маленькою складовою частиною єдиного матеріального світу, який називається Всесвітом. Всесвіт охоплює весь безмежний космічний простір і складається з численних зірок, хмар пилу і газу, міжзоряної речовини. Зоряне небо вивчається протягом багатьох віків. Зараз спостереження за зорями ведуть астрономи, а вивченням законів руху планет, будови і розвитку небесних тіл та їх систем займається астрономія. У міру вдосконалення телескопів вчені все глибше проникають до таємниць Всесвіту. Доступну для досліджень частину Всесвіту називають Метагалактикою. Сучасні оптичні прилади дають змогу спостерігати зоряні системи, віддалені від нашої планети на 5-6 млрд. світлових років, а за допомогою радіотелескопів дослідники проникають ще далі — на відстань до 15 млрд. світлових років. Зазначимо, що світловий рік — це відстань, яку світло проходить за 1 рік, поширюючись зі швидкістю близько 300 000 км/с.

Головними об'єктами Метагалактики є зоряні системи, або галактики. Кожна галактика — це величезне, до 100 —150 млрд., скупчення зірок, які утворюють різні за величиною і формою зоряні системи. До однієї з таких галактик, яка одержала назву Нашої Галактики, належать Земля і Сонце. Інші галактики мають вигляд невеликих плям еліптичної, спіральної або неправильної форми. їх ще називають позагалактичними туманностями.

У безкраїх просторах Метагалактики виявлено більше мільярда галактик. Деякі з них є потужними джерелами радіовипромінювання. Це так звані радіогалактики. Найбільш далекі небесні тіла, що випромінюють колосальні потоки енергії у вигляді радіохвиль і світла, називають квазарами. Вони світяться в сто разів яскравіше, ніж гігантські галактики. Природа квазарів поки що залишається нерозгаданою.

Наша Галактика — одна з рядових зоряних систем у світі галактик. В ній близько 150 млрд. зірок. Велике скупчення їх утворює на нічному небі широку білясту смугу. Здавна цю смугу називають в Україні Чумацьким шляхом.

Наша Галактика належить до типу спіральних. Розміри її величезні: діаметр диска приблизно 100 тис. світлових років, товщина в центральній частині — 12 тис. світлових років. В центрі диска, біля сузір'я Стрільця, розташоване ядро, яке складається з малих і великих зірок різної яскравості. В боки від диска відходять спіральні відгалуження, або рукава. Спіральні гілки складаються з молодих зірок, зоряних скупчень, хмар іонізованих газів водню та величезних хмар темної пилової матерії. Сонце знаходиться зліва від ядра в центральній площині галактики, на відстані 2/3 її радіуса (рис. 1). Вся внутрішня система (в тому числі і Сонячна) обертається навколо ядра приблизно за 200 млн років. Зовнішня частина Нашої Галактики рухається повільніше, оскільки ядро Галактики не переважає за масою інші її частини, як, наприклад, Сонце, яке незрівнянно більше за усі планети разом узяті.

В Нашій Галактиці існує загальне магнітне поле. Його силові лінії паралельні галактичній площині і роблять вигини біля спіральних відгалужень. При спалахах наднових зірок викидається в космос багато електронів зі швидкостями, близькими до швидкості світла. Магнітне поле Галактики гальмує швидкі електрони, і це викликає нетеплові випромінювання на метрових і більш довгих хвилях. Встановлено, що іонізований гарячий водень, сконцентрований поблизу галактичної площини, посилає додаткове радіовипромінювання тільки з кільцевої зони Чумацького шляху.

Велика віддаленість зірок від Землі не дає можливості розглянути їх поверхню навіть за допомогою дуже сильних телескопів. У телескопі зірки видно як точки, що світяться. В Рис. 1. Схема будови Нашої Галактики цих "точках" зосереджено більше 98 % маси космічної речовини. Решта речовини знаходиться переважно у вигляді розрідженого міжзоряного середовища. За допомогою оптичних приладів астрономи визначають температуру, хімічний склад, фізичні властивості зірок, розраховують їх масу. Знаючи яскравість і відстань до зірки, можна скласти уяву про її розміри. Найбільші зірки називають надгігантами, найдрібніші — білими карликами.

Рис. 1. Схема будови нашої галактики

Колір зірок залежить від температури. При голубувато-білому кольорі температура становить 24 000 °К, білому — 12 000 °К, жовтому — 5900 °К, червоному — 3500 °К. Температура найхолодніших зірок менша за 2000 К, а найбільш гарячих — перевищує 1000 000 °К. Особливо великі температури в ядрах зірок — мільярди градусів.

Деякі зірки змінюють свою яскравість, блиск та інші властивості дуже швидко — протягом доби, а то і секунд. До таких зірок належать нові і наднові зірки. Новими вважаються зірки, блиск яких протягом кількох діб різко збільшується, а пізніше роками і десятиліттями зменшується. До наднових відносять зірки, яскравість яких сягає значень, що перевищують яскравість галактик. Після спалаху утворюється газова хмара, яка розсіюється в просторі. Ядро, що залишилося на місці спалаху, перетворюється з часом в нейтронну зірку або чорну діру.

Утворення нейтронної зірки починається із сильного стиснення матерії ядра, що призводить до різкого зменшення його розмірів — до 10—100 км в діаметрі. Під дією сил гравітації протони і електрони зливаються і перетворюються в нейтрони. Густина речовини зростає до неймовірних значень. Нейтронні зірки з великими магнітними полями називають пульсарами. Пульсари випромінюють імпульси радіохвиль різної потужності.

Чорні діри виникають в результаті ще більшого стиснення речовини. Надтверда речовина, що виникла при цьому, починає все поглинати і нічого не випромінює. Виявляються чорні діри за гравітаційним впливом на міжзоряне середовище і рух сусідніх зірок.

Речовини, з яких побудовані зірки, перебувають у стані плазми. Атоми елементів в ній сильно іонізовані. Як показали спектральні дослідження, зоряна плазма складається головним чином з іонізованого водню і гелію, а також із важких хімічних елементів. Джерелом енергії на ранніх стадіях розвитку зірок є гравітаційні сили стиснення, а на наступних — термоядерні реакції, що протікають в їх надрах.

Міжзоряний простір заповнений розрідженим газом і пилом. Газ складається переважно з іонізованого водню і гелію. Місцями водень утворює скупчення у вигляді хмар. Пилинки складаються із суміші льоду, кристалічного аміаку і метану, домішок металів. Значну роль у міжзоряному середовищі відіграють космічні промені, утворені потоками протонів і електронів. Космічні промені надходять до Землі від Сонця і з надр Галактики.