10 заповедей современной астрофизики

Сергей Попов
«Троицкий вариант» №6(75), 29 марта 2011 года

Из моря информации, в котором мы тонем, кроме саморазрушенья есть еще один выход. Эксперты с достаточно широким кругозором могут создавать обновляемые конспекты или сводки, в которых кратко суммируются основные факты из той или иной области. Представляем попытку Сергея Попова сделать такой свод важнейшей информации по астрофизике.

Вопреки расхожему мнению, школьное преподавание астрономии не было на высоте и в СССР. Официально предмет стоял в программе, но в реальности астрономия преподавалась далеко не во всех школах. Часто, даже если уроки проводились, учителя использовали их для дополнительных занятий по своим профильным предметам (в основном физике). И уж совсем в единичных случаях преподавание было достаточно качественным, чтобы успеть сформировать у школьников адекватную картину мира. Кроме того, астрофизика является одной из самых бурно развивающихся наук на протяжении последних десятилетий, т. е. знания по астрофизике, которые взрослые получили в школе 30–40 лет назад, существенно устарели. Добавим, что теперь астрономии в школах почти совсем нет. В итоге в массе своей люди имеют довольно смутное представление о том, как устроен мир в масштабе большем, чем орбиты планет Солнечной системы.

В такой ситуации, мне кажется, было бы разумно сделать «Очень краткий курс астрономии». То есть выделить ключевые факты, формирующие основы современной астрономической картины мира. Разумеется, разные специалисты могут выбрать слегка различающиеся наборы основных понятий и явлений. Но это и хорошо, если будет существовать несколько хороших версий. Важно, чтобы всё можно было бы изложить за одну лекцию или уместить в одну небольшую статью. А дальше те, кому интересно, смогут расширить и углубить познания.

Спиральная галактика NGC 4414
Спиральная галактика NGC 4414

Я поставил перед собой задачу сделать набор важнейших понятий и фактов по астрофизике, который уместился бы на одну стандартную страницу А4 (примерно 3000 знаков с пробелами). При этом разумеется, предполагается, что человек знает, что Земля крутится вокруг Солнца, понимает, почему происходят затмения и смена времен года. То есть совсем «детские» факты в список не входят.

Практика показала, что всё, что попало в список, можно изложить примерно за часовую лекцию (или за пару уроков в школе с учетом ответов на вопросы). Безусловно, за час-полтора нельзя сформировать устойчивую картину устройства мира. Однако первый шаг надо сделать, и здесь должен помочь такой «этюд крупными мазками», в котором схвачены все основные моменты, раскрывающие базовые свойства строения Вселенной.


  1. Солнце — рядовая звезда (одна из примерно 200–400 млрд.) на окраине нашей Галактики — системы из звезд и их остатков, межзвездного газа, пыли и темного вещества. Расстояния между звездами в Галактике обычно составляют несколько световых лет.

  2. Солнечная система простирается далеко за орбиту Плутона и заканчивается там, где гравитационное влияние Солнца сравнивается с влиянием близких звезд.

    Скопление галактик в созвездии Волосы Вероники
    Скопление галактик в созвездии Волосы Вероники
  3. Звезды образуются и в наши дни из межзвездного газа и пыли. В течение своей жизни и по ее окончании звезды сбрасывают часть своего вещества, обогащенного синтезированными элементами, в межзвездное пространство. Так в наши дни изменяется химический состав Вселенной.

  4. Солнце эволюционирует. Его возраст — менее 5 млрд. лет. Примерно через 5 млрд. лет закончится водород в его ядре. Солнце превратится в красный гигант, а затем — в белый карлик. Массивные звезды в конце жизни взрываются, оставляя нейтронную звезду или черную дыру.

    Планета у звезды Фомальгаут
    Планета у звезды Фомальгаут
  5. Наша Галактика — одна из многих подобных систем. В видимой части Вселенной — около 100 млрд. крупных галактик. Они окружены небольшими спутниками. Размер галактики — около 100 тыс. световых лет. До ближайшей крупной галактики — около 2,5 млн световых лет.

  6. Планеты есть не только у Солнца, но и у других звезд, их называют экзопланеты. Планетные системы не похожи друг на друга. Сейчас мы знаем более тысячи экзопланет. По всей видимости, многие звезды имеют планеты, но лишь малая часть этих планет может быть пригодна для жизни.

    Остаток сверхновой Кассиопея А
    Остаток сверхновой Кассиопея А
  7. Мир, каким мы его знаем, имеет конечный возраст — чуть менее 14 млрд. лет. Вначале материя была в очень плотном и горячем состоянии. Частиц обычного вещества (протонов, нейтронов, электронов) тогда не существовало. Но Вселенная расширяется, эволюционирует. В ходе расширения из плотного горячего состояния Вселенная остывала и становилась менее плотной, появлялись обычные частицы. Затем возникли звезды, галактики.

  8. Из-за конечности скорости света и конечного возраста наблюдаемой Вселенной нам доступна для наблюдений лишь конечная область пространства, но на этой границе физический мир не заканчивается. На больших расстояниях из-за конечности скорости света мы видим объекты такими, какими они были в далеком прошлом.

    Планетарная туманность NGC 6543
    Планетарная туманность NGC 6543
  9. Большинство химических элементов, с которыми мы сталкиваемся в жизни (и из которых состоим), возникло в звездах в течение их жизни в результате термоядерных реакций или на последних стадиях жизни массивных звезд — во взрывах сверхновых. До образования звезд обычное вещество в основном существовало в виде водорода (самый распространенный элемент) и гелия.

    Область звездообразования NGC3603
    Область звездообразования NGC3603
  10. Обычное вещество составляет лишь несколько процентов от всей Вселенной. Около четверти Вселенной — это темное вещество. Судя по всему, оно состоит из частиц, слабо взаимодействующих друг с другом и с обычным веществом. Пока мы можем наблюдать лишь гравитационное взаимодействие обычного и темного вещества. Оставшиеся примерно 70% плотности Вселенной связаны с темной энергией. Из-за нее расширение Вселенной идет всё быстрее. Природа темной энергии пока не ясна.

Все изображения получены космическим телескопом «Хаббл» и взяты
с сайтов http://heritage.stsci.edu и http://hubble.nasa.gov.


11
Показать комментарии (11)
Свернуть комментарии (11)

  • M  | 04.05.2011 | 21:28 Ответить
    Здравствуйте! Спасибо большое за статью, было очень интересно. Есть один момент, который у меня вызвал недоумение. Как приведенные две цитаты согласуются друг с другом?
    "Солнце — рядовая звезда (одна из примерно 200–400 млрд.)"
    "Наша Галактика — одна из многих подобных систем. В видимой части Вселенной — около 100 млрд. крупных галактик."
    Что же тогда получается, на каждую галактику в среднем по 2-4 звезды? Я здесь предполагаю, что все же большая часть звезд во Вселенной сконцентрирована в галактиках, а не существуют изолированно. Обычное "школьное" представление о галактиках заключается как раз в том, что в них звезд очень много. Заранее спасибо.
    Ответить
    • Oort > M | 13.05.2011 | 05:09 Ответить
      Проще говоря - в нашей Галактике около тысячи миллиардов звезд, из них какая то часть похожа на нашу, вполне заурядную, звезду - Солнце. А таких галактик мы можем увидеть, в теории, еще 100 млрд.
      Ответить
    • гамма всплеск > M | 17.05.2011 | 13:16 Ответить
      это только в нашей галактике 200-400 млрд. звезд, а таких галактик более 100 млрд. т.е. обшее число звезд в крупных галактиках вместе взятых примерно 200-400 млрд.* 100 млрд. = 2^22 - 4^22 звезд.
      Ответить
  • lobaamir  | 10.05.2011 | 23:45 Ответить
    "Солнце — рядовая звезда (одна из примерно 200–400 млрд.) на окраине нашей Галактики." Если Галактика пишется с большой буквы, то это Млечный Путь. Таким образом, если Галактика - типичный представитель прочих галактик, и "В видимой части Вселенной — около 100 млрд. крупных галактик", то, соответственно, в видимой части Вселенной порядка 2-4*10^22 звезд, то есть, примерно столько, сколько молекул содержится в 1,5 литрах газа(например, гелия).
    Ответить
  • @Наукавед  | 17.05.2011 | 19:05 Ответить
    Фото впечатляет, а черная материя от лукавого ... :(
    Ответить
    • Ivanov > @Наукавед | 20.05.2011 | 01:21 Ответить
      1. Фото впечатляют, но, к сожалению, они никак не связаны с текстом. А жаль. Автору (Сергею Попову) стоило бы заменить фотографии и связать их с текстом - получился бы чудный постер. Впрочем, это может сделать любой для собственного удовольствия.
      2. От лукавого ли новые теории - неизвестно. Пока надо увязать с реальностью тот факт, что наблюдаемого вещества недостаточно для описания гравитационно связанных систем вроде галактик. Надо либо искать недостающую материю, либо корректировать известные законы. Поживём - увидим...
      Ответить
      • Phil > Ivanov | 21.05.2011 | 23:38 Ответить
        Поищите недостающую материю в моём комментарии к лекции Мазера.
        Ответить
  • Angl  | 25.05.2011 | 21:32 Ответить
    "Около четверти плотности вселенной связано с темным веществом. Судя по всему, оно состоит из частиц"... этого "судя по всему" нет в исходном варианте статьи. Очень правильная редакторская правка, на мой взгляд.
    Ответить
  • ash  | 31.05.2011 | 19:12 Ответить
    А не многова то ли галактик - 100 млрд. при расстояниях между ними в несколько млн. световых лет, а весь масштаб видимой вселенной 14 млрд. лет.
    Ответить
    • VladNSK > ash | 11.06.2011 | 17:31 Ответить
      Вы, видимо, решили, что все галактики в одну линию стоят, как на ниточке?
      Ответить
  • кпцз  | 21.06.2011 | 23:49 Ответить
    Важнейший смысл современного существования человечества - космический. Астрономия обязательна для формирования мировоззрения в системе универсального образования, которое необходимо создать на базе старшей школы. Два направления могли бы решить поставленную Вами задачу: "Мир, рожденный из ничего"; "Универсальная история".
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»