Структура Вселенной. 
Концепция развития и эволюция Вселенной

Глядя на усеянное звездами небо, человек приходит в восторг, не оставаясь равнодушным к созерцаемому. «Открылась бездна, звезд полна. Звездам числа нет, бездне — дна», — эти прекрасные строки М. Б. Ломоносова, написанные на заре зарождения русской поэзии, образно и наиболее полно описывают первое впечатление, которое испытывает человек, любуясь завораживающей картиной звездного неба. Про звезды сложено множество стихов, песен. Звезды и бескрайнее небесное пространство всегда притягивали и притягивают всех: и самого обыкновенного человека, и поэта, и ученого. Но для ученых, естествоиспытателей звездное небо не только предмет восторга и наслаждения, но и увлекательный, неисчерпаемый объект исследований.

В ясную погоду в безлунную ночь невооруженным глазом можно наблюдать на небосводе до трех тысяч звезд. Но это лишь небольшая часть звезд и других космических объектов, из которых состоит Вселенная.

Вселенная — это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Часть Вселенной, доступная исследованию астрономическими средствами, соответствующими достигнутому уровню развития науки, называется Метагалактикой. Иначе говоря, Метагалактика — охваченная астрономическими наблюдениями часть Вселенной. Она находится в пределах космологического горизонта.

Структура Вселенной — предмет изучения космологии, одной из важных отраслей естествознания, находящейся на стыке многих естественных наук: астрономии, физики, химии и др.

Главные составляющие Вселенной — галактики — громадные звездные системы, содержащие десятки, сотни миллиардов звезд. Солнце вместе с планетной системой входят в нашу Галактику, наблюдаемую в форме Млечного Пути. Кроме звезд и планет галактики содержат разреженный газ и космическую пыль.

Млечный Путь хорошо виден в безлунную ночь. Он кажется скоплением светящихся туманных масс, протянувшимся от одной стороны горизонта до другой, и состоит примерно из150 млрд звезд. По форме он напоминает сплюснутый шар. В центре его находится ядро, от которого отходит несколько спиральных звездных ветвей. Наша Галактика чрезвычайно велика: от одного ее края до другого световой луч путешествует около 100 тыс. земных лет. Большая часть ее звезд сосредоточена в гигантском диске толщиной около 1500 световых лет. На расстоянии около 30 тыс. световых лет от центра Млечного пути, на его окраине, расположено Солнце.

Основное «население» галактик— звезды. Мир звезд необыкновенно разнообразен. И хотя все звезды — раскаленные шары, подобные Солнцу, их физические характеристики различаются весьма существенно. Есть, например, звезды-гиганты и сверхгиганты. По своим размерам они значительно превосходят Солнце. Объем одной из звезд в созвездии Цефея больше объема Солнца в 14 млрд раз. Если эту громадную звезду можно было бы поместить в центре нашей планетной системы, то не только Земля, но и орбиты более далеких планет — Марса, Юпитера, даже Сатурна — оказались бы внутри такого сверхгигантского шара.

Кроме звезд-гигантов, существуют и звезды-карлики, значительно уступающие по своим размерам Солнцу. Некоторые из них меньше Земли и ее спутника Луны. Вещество их отличается чрезвычайно высокой плотностью. Так, если из вещества одного из наиболее плотных белых карликов удалось бы изготовить гирю, равную по размерам обычной килограммовой гире, то на Земле она весила бы 4 тыс т.

Еще большей плотностью обладают нейтронные звезды, состоящие главным образом из ядерных частиц-нейтронов. Их диаметр небольшой — всего около 20 — 30 км, а средняя плотность вещества огромна — более 100 млн т/см3. Существование нейтронных звезд было предсказано еще в 30-х годах XX века. Однако обнаружить их удалось только в 1967 г. по необычному импульсному радиоизлучению. Нейтронные звезды, быстро вращаясь, излучают импульсы. Поэтому они называются пульсарами.

Звезды обладают различными поверхностными температурами — от нескольких тысяч до десятков тысяч градусов. Соответственно различается и цвет звезд. Сравнительно «холодные» звезды — с температурой 3 — 4 тыс. градусов — красного цвета. Наше Солнце с поверхностью, «нагретой» до 6 тыс. градусов, имеет желтоватый цвет. Самые горячие звезды — с температурой выше 12 тыс. градусов — белые и голубоватые.

Во Вселенной наблюдаются вспышки новых и сверхновых звезд. Такие звезды в некоторый момент времени в результате бурных физических процессов неожиданно увеличиваются в объеме, «раздуваются»,-сбрасывают свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выделяют громадное количество энергии — в миллиарды раз больше, чем излучает Солнце. Затем, исчерпав свои ресурсы, они постепенно тускнеют, превращаясь в газовую туманность. Так, на месте сверхновой звезды образовалась, например, Крабовидная туманность. Она является мощным источником излучения, что свидетельствует о происходящих внутри нее интенсивных процессах.

Звезды нашей Галактики движутся вокруг ее центра по очень сложным орбитам. С огромной скоростью — около 250 км/с — движется в мировом пространстве и наше Солнце, увлекая за собой свои планеты. Солнечная система совершает один полный оборот вокруг галактического центра за время более 200 млн лет.

Своеобразные звездные системы в виде небольших туманных пятен наблюдаются на небе Южного полушария. Они удалены от нас на расстояние около 150 тыс. световых лет. Впервые их подробно описал спутник и биограф Магеллана Пигафетт во время знаменитого кругосветного путешествия. Они вошли в историю астрономии под названием Магеллановых облаков — Большого и Малого. Радиоастрономические исследования последних десятилетий показали, что Магеллановы облака — это спутники нашей Галактики: они обращаются вместе с ней вокруг общего центра.

На расстоянии около 1 млн световых лет от нас находится ближайшая к нам галактика — Туманность Андромеды, которая по своему строению напоминает Млечный Путь, но значительно превосходит его по своим размерам. Туманность Андромеды включает спутники — две эллиптические туманности, состоящие из огромного числа звезд.

По форме и строению различают эллиптические, спиральные, шаровые и неправильной формы галактик. Почти четверть всех известных галактик, относятся к эллиптическим. Плотность распределения звезд в них равномерно убывает в направлении от центра. Самые яркие в них звезды — красные гиганты. Одна из типичных спиральных галактик показана на ил. 5.2. К спиральным галактикам относятся наша Галактика, Туманность Андромеды и многие другие. В созвездии Центавра наблюдается шаровая галактика, являющаяся источником радиоизлучения. Галактики неправильной формы не имеют центральных ядер; закономерность распределения звезд в них пока не установлена. Наша Галактика, Туманность Андромеды вместе с другими соседними звездными системами образуют Местную группу галактик. Она объединяет 25 галактик, расстояние до которых не превышает 1 Мпк. Звездные острова, галактики — типичные объекты Вселенной. К настоящему времени известно множество звездных образований, которые таят в себе еще немало загадок.