Природничі науки.
Минуле, сучасне та можливе майбутнє людства і біосфери
Розділ ІІ. Виникнення та розвиток Всесвіту і Землі
Блок С. Земля — частина Сонячної системи

C1. Сонячна система

.

Завдання C1-

C1-1. Місце Землі у Всесвіті

C1-2. Утворення Сонячної системи

Додаток C1-3.

Додаток C1-4.

Додаток C1-5.

Завдання C1-

Завдання C1-

Задача C1.

Головні поняття C1.

C1-1. Місце Землі у Всесвіті

C1-1.1. Де ми? Великомасштабна структура

Де ми знаходимося?                          

На Землі. На третій планеті Сонячної системи.

А де знаходиться Сонячна система (рис. C1-1.1)?

Рис. C1-1.1.У цьому фантастичному анімаційному фільмі двоє землян загубилися у Всесвіті. Щоб повернутися, вони мають пояснити, де розташована Сонячна система та Земля. Як це не дивно, вони не пам’ятали таку просту річ, як наше розташування у Всесвіті. А чи змогли б вказати наше розташування ви?    

Почнемо з того, що для наших спостережень доступним є не весь Всесвіт, а лише його частина. Спробуємо оцінити її розмір.

Якщо  Всесвіт був би великим, але не змінював свої розміри, “горизонт” наших спостережень становив би 13,8 мільярдів років, що відповідає часу його існування. Світло, випромінене на більшій відстані, просто не встигло б дійти до Землі до нашого часу. Але, як ви знаєте, Всесвіт розширюється і збільшує свої розміри. Галактика, випромінювання якої дійшло до нас за 13,5 мільярдів років, за цей час встигла віддалитися від нас на значно більшу відстань: близько 46,5 мільярдів років. Таким чином, частина простору, яку ми можемо спостерігати, є сферою радіусом близько 46,5 мільярдів світлових років (діаметром у 93 мільярди світлових років). Її називають Метагалактикою. Кількість галактик у Метагалактиці — приблизно два трилліони. Але Всесвіт тягнеться й за межами цього велетенського простору!

У Метагалактиці відомі мільйони надскупчень галактик, а в цілому вона містить декілька мільярдів галактик. Речовина розподілена в Метагалактиці неоднорідно (рис. C1-1.2). В ній відомі витягнуті комплекси надскупчень галактик, що називають галактичними нитками. Поєднання таких ниток у площині утворюють галактичні мури.  Між нитками та мурами розташовані галактичні войди (від англійського void — порожнеча).

Рис. C1-1.2. Фрагмент великомасштабної структури Метагалактики. Розташування речовини в ній є неоднорідним. Тут можна виділити галактичні нитки, мури та войди      

Частиною галактичної нитки Риб-Кита є надскупчення Ланіакея  (гавайською — неосяжні небеса), яке включає у свій склад надскупчення Діви або Місцеве надскупчення (рис. C1-1.3). Зрозуміло, що місцевим надскупчення Діви є з точки зору спостерігача, що знаходиться в ньому.

Рис. C1-1.3. Метагалактика. Ми перебуваємо у надскупченні Діви, і саме тому воно розташовано у центрі простору, який ми можемо спостерігати        

Як провести межі між такими складними структурами, як показані на рис. C1-1.2?

Щоб зробити це, астрономи визначають, як рухаються  різні галактики і їх скупчення. У ході такої роботи виявляются гравітаційно пов’язані структури. Так, до Ланіакеї входить близько 100 000 галактик, її діаметр — 530 мільйонів світлових років. Єдиним цілим Ланіакею робить те, що усі її складові рухаються під впливом масивної структури, що має назву Великий Атрактор (Великий центр тяжіння); вірогідно, це — надскупчення галактик, яке є частиною Ланіакеї. Великий Аттрактор розташований у площині нашої галактики і внаслідок цього його спостереження ускладнене. Втім, за рухом оточуючих його галактик можна розрахувати, яким є його гравітаційне поле. Наша галактика віддаляється від Великого Атрактора, але її рух гальмується тяжінням цього масивного тіла.

Рис. C1-1.4. Дві частини галактичної нитки Риб-Кита: надскупчення Ланіакея та Персея-Риб. Показані шляхи, якими рухаються галактики під впливом гравітації      

Надскупчення Діви — невелика частина Ланіакеї. До його складу входить близько 100 груп та скупчень галактик. Діаметр надскупчення Діви — більше 200 мільйонів світлових років. Надскупчення Діви складається з диску, що має форму млинця, та гало (розсіяного оточення). У диску розташована й Місцева група — група галактик, до якої належить більше 50 галактик. Наймасивніші з них — Чумацький шлях, Галактика Андромеди та Галактика Трикутника (рис. C1-1.5). Діаметр Місцевої групи — 10 млн. світлових років.

Рис. C1-1.5. Розташування галактик Місцевої групи        

Підгрупа Чумацького Шляху складається з велетенської спіральної галактики Чумацький Шлях та її 14 супутників: карликових, переважно неправильних галактик, тобто таких галактик, яскравість яких розподілена нерівномірно. Серед галактик, що є супутниками нашої галактики — Мала і Велика Магелланові хмари; карликова галактика Великий Пес, карликова сфероїдальна галактика Дракона тощо.

Підгрупа Чумацького Шляху рухається назустріч підгрупі Андромеди, у центрі якої — також велетенська спіральна галактика Андромеди (яку можна побачити як туманність Андромеди). Галактика Андромеди удвічі більша Чумацького шляху за діаметром. Галактика Андромеди розташована від нашої на відстані близько 2,5 млн світлових років. Наші галактики наближаються зі швидкістю близько 300 км/с. Приблизно через 4 мільярди років ці галактики почнуть зливатися. Їхнє злиття триватиме 2 мільярди років та призведе до утворення нової еліптичної галактики.

Третя підгрупа місцевої групи — підгрупа Трикутника. Спіральна галактика Трикутника вдвічі менша за діаметром ніж наша галактика.

C1-1.2. Де ми? Чумацький Шлях

Ми перебуваємо в галактиці Чумацький Шлях, яку можна називати просто Галактика (з великої літери, щоб відрізняти від усіх інших галактик). Вночі, у темних місцях з прозорим повітрям, ми можемо побачити його як тьмяну дугу на небосхилі (рис. C1-1.6). На жаль, у наших містах світло від штучних джерел заглушає неяскраве світло від далеких зір Галактики.

Рис. C1-1.6. Чумацький Шлях на небосхилі        

Порівнюючи Шумацький Шлях з іншими спіральними галактиками, ми можемо уявити, як він виглядає для віддаленого спостерігача (рис. C1-1.7).

Рис. C1-1.7. Чумацький Шлях має дисковидну форму. Дивлячись на нього з Землі, ми перебуваємо у площині диску. На цьому рисунку показано, як він виглядає для спостерігача, що перебуває на осі, навкруги якої обертаються спіральні рукава нашої Галактики          

Чумацький Шлях має 100 000 — 120 000 світлових років у діаметрі. Складається Чумацький шлях з розширеного ядра у своєму центрі та спіральних рукавів, що формують дисковидну структуру. У центрі Галактики розташовано об’єкт, що має назву Стрілець А. Вірогідно, це надмасивна чорна діра з масою, яка у 4,3 мільйона разів перевищує масу Сонця. У площині Галактики до центра тягнуться 4 основних та кілька додаткових спіральних рукава. Поза межами ядра товщина Чумацького шляху — близько 1000 світлових років.

Усі зорі, які можна побачити неозброєним оком, входять до складу Чумацького шляху. Усього їх у складі нашої Галактики налічується 200-400 мільярдів. Вік Чумацького шляху близький до віку Всесвіту в цілому. В його складі є зорі, вік яких ставить 13,6 мільярдів років. Утворився він, вірогідно, внаслідок злиття менших за розміром галактик. Відгалуженням одного з основних рукавів є рукав Оріона. Це відносно невеликий рукав: товщиною близько 3500 світлових років та довжиною 10 000 світлових років. В ньому, ближче до краю Галактики, ніж до її центру, розташовано Сонячну систему.

Це місце не є випадковим. Зорі, що розташовані у великих рукавах, зазнають впливу бурхливого зореутворення, внаслідок якого виникають потужні потоки випромінювання. Сонячна система знаходиться у відносно спокійному місці і не потрапляла під руйнівні впливи протягом сотень мільйонів або мільярдів років. Якщо наша зоряна система знаходилася б в іншому місці, земне життя не змогло б досягти тієї складності, яку ми спостерігаємо.

Рис. C1-1.8. Найближчі сусіди Сонця. Зверніть увагу: розміри зір на схемі сильно збільшені!          

Останні 5—10 мільйонів років Сонячна система просувається через ділянку розрідженого газу, що має назву Місцевої бульбашки. Розмір цієї бульбашки — 300 світлових років. Щільність міжзоряного газу в ній приблизно в 10 разів менша, ніж у інших місцях міжзоряного середовища рукава Оріона. Вірогідно, ця бульбашка є наслідком вибуху наднової, що відбувся 10—20 мільйонів тому.

Зараз Сонячна система перебуває у Місцевій міжзоряній хмарі. Це — локальне підвищення концентрації газу, яке все рівно є дуже розрідженим. Один атом в ньому припадає на 10 см3 простору. В міжзоряному середовищі у середньому щільність газу є більшою, але у Місцевій бульбашці — є вдвічі нижчою. В цю хмару Сонце увійшло 44—150 тисяч років тому, та вийде з неї через 10—20 тисяч років.

Ви усвідомили, які розміри має Метагалактика та Всесвіт? Співставте їх розміри та час життя з розмірами та часом життя людини…

Врахуйте, що дізнатися про велетенський Всесвіт ми можемо завдяки тому, що люди здатні пізнавати його буття. Можна вважати, що існування Всесвіту і персонально вас — пов’язані речі. Ви існуєте завдяки тому, що існує світ, частиною якого ми є. Коли ви дізнаєтеся про існування Всесвіту, ви створюєте у своїй психіці його модель; вона існує завдяки вашій пізнавальній активності.

C1-1.3. Де ми? Сонячна система

Сонячна система — планетна система, пов’язана з центральною зорею — Сонцем. До її складу, крім Сонця та планет, входять й інші об’єкти: карликові планети, супутники планет, астероїди, комети, метеорна речовина і навіть потоки сонячного вітру.

C1-1. Сухий залишок

C1-1. Проблеми для обговорення та завдання

C1-1.1.

C1-2. Утворення Сонячної системи

C1-2.1.

C1-2. Сухий залишок

C1-2. Проблеми для обговорення та завдання

C1-2.1.