Вселенная - зарождение, развитие, структура и состав

Определение в космологии и важные факты

Определением Вселенной в космологии будет область мира, за которой можно наблюдать. Именно в этом смысле синонимичным ей понятием является Метагалактика. За этим широким определением кроется множество секретов, ведь космические эксперименты начались очень давно, продолжаются до сих пор и нет никаких оснований предполагать, что завершатся в ближайшем будущем.

Во время научных изысканий было открыто несколько фактов о Вселенной, которые подтверждены с высокой долей вероятности.

Среди них:

• Химический состав. Космическое пространство на три четверти состоит из водорода, также в нём присутствует гелий с кислородом, углеродом и другими более редкими примесями.
• Вселенная линейно расширяется, а все объекты, соответственно, удаляются друг от друга. Из-за этого у Метагалактики нет чётко обозначенного центра (как у надуваемого воздушного шара). Приблизительно 5 миллиардов лет назад этот процесс стал ускоряться, поэтому учёные строят различные гипотезы о том, что может произойти с ней в ближайшем будущем.
• Метагалактику равномерно заполняет тепловое излучение, называемое реликтовым фоном. Однозначные причины его существования неизвестны, поскольку исследователи не нашли массовых источников, которые бы могли его вызвать. Однако есть предположение, что излучение было высвобождено в момент образования атомов водорода.
• Пространственное распределение галактик Вселенной можно представить как ячеистую структуру. Однако из-за того, что в ней постоянно происходит движение, сеть постепенно растягивается.
• Самые яркие в видимой области объекты (квазары) характеризуются многократным повторением спектра Лаймана. Изучение этого явление дало возможность смоделировать крупномасштабную структуру Вселенной.

Происхождение и эволюция

Расширение космического пространства удаляет друг от друга звёзды, галактики и их скопления. В связи с этим существует теория, согласно которой в далёком прошлом они не просто располагались ближе друг к другу, а вообще были перемешаны и сжаты в единое вещество. Однако оно было настолько плотным и горячим, что началось общее расширение, в итоге и приведшее к образованию Вселенной.

С тех пор прошло приблизительно 14 миллиардов лет. За это время совершилось такое развитие:

• сформировалось гравитационное взаимодействие;
• зародились первые фундаментальные частицы;
• материя стала прозрачной для излучения;
• образовались ядра первичных элементов;
• появились звёзды, галактики, планетарные системы.

В итоге Вселенная сформировалась такой, какой человечество знает её сейчас. Её краткая модель выглядит следующим образом:

• 4,9% обычного вещества, знакомого на Земле.
• 26,8% тёмной материи, состоящей из тяжёлых частиц. Она не испускает электромагнитное излучение, что делает её прямое наблюдение практически неосуществимым.
• 68,3% тёмной энергии, инициирующей расширение пространства.

Образованная этими компонентами структура имеет гигантскую территорию. Реальный размер Вселенной современной наукой не установлен. Многие учёные настаивают на том, что она бесконечна. Однако если за условную границу принять расстояние до самого далёкого от Земли видимого объекта, то её масштабы составляют 45,7 миллиарда световых лет. Эта величина носит название радиуса Хаббла. Он не тождественен понятию конца мироздания, а только обозначает, что при прохождении этого расстояния быстрота удаления объекта от наблюдателя начинает превышать скорость света.

Исчерпывающей информации нет и о форме Метагалактики. Последние измерения астрономического спутника Планк позволяют сделать вывод, что она плоская, но исследования на этом этапе ещё не заканчиваются, и, возможно, в ближайшем будущем откроются новые факты, противоречащие всему тому, что известно людям сейчас.

Внутреннее устройство

Несмотря на всю необъятность, строение Вселенной представляется достаточно простым. Она однородна по плотности, изменяется во времени по строго определённым законам, поэтому однозначно постоянной считаться не может.

Вселенная многолика. Она включает в себя множество разнообразных компонентов, проявляющихся в разных формах. Самыми крупными структурами в ней считаются галактические нити, совместно с космическими пустотами, формирующие «стены».

В них группируются галактики Вселенной. Они представлены в огромном количестве порядка двух триллионов. Человечество проживает в Млечном пути, который расположен в стене, называемой комплексом сверхскоплений Рыб-Кита. Другие звёздные системы расположены чрезвычайно далеко от этой галактики. Тем не менее несколько из них можно рассмотреть невооружённым глазом. Они носят следующие названия:

• Туманность Андромеды ближе всех расположена к Млечному пути и содержит звёзд в несколько раз больше, чем в нём. Её можно увидеть на небе, если находиться на северном полушарии Земли.
• Магеллановы Облака — две своеобразные галактики-спутники Млечного пути. Они просматриваются в южном полушарии.
• Галактика Треугольника меньше Млечного Пути и по массе, и по диаметру. Так же, как и Туманность Андромеды, видна на северном полушарии.

Все они, как и Млечный путь, относятся к спиральному классу. Также во Вселенной есть эллиптические и неправильные галактики.

Методы изучения

Так как же была получена вся эта интересная информация о тайнах Вселенной? Учёные пользуются сразу несколькими методами изучения мироздания:

• Оптический, с помощью телескопа. Устройство собирает свет — один из самых информативных источников сведений о космических процессах, и это позволяет наблюдать отдалённые объекты.
• Спектральный анализ. В этом методе также используется телескоп, но на сей раз усовершенствованный спектрографом. Прибор разлагает спектр на составные части, расшифровав которые, можно получить данные о химическом составе объекта и скорости его движения, а также определить температуру источников излучения.
• Космическое радиоизлучение. Для такого метода необходим телескоп, регистрирующий радиоволны. Их посылают объекты из самых удалённых областей Вселенной, а также ионизированный горячий газ и нейтральный водород межзвёздного пространства. По данным радиотелескопа делаются выводы о расстоянии до небесных тел и скорости их движения.
• Нейтринная астрофизика. В рамках этого метода нейтринные телескопы регистрируют частицы малой энергии, рождающиеся во время термоядерных реакций, которые являются источником энергии Солнца. Вычисление величины потока нейтрино позволяет определять характер физических процессов, протекающих в недрах звезды.
• Внеатмосферная астрономия. Её отличие от других методов заключается в том, что вся аппаратура выносится в межпланетное пространство. Это позволяет устранить атмосферные помехи в виде неоднородностей, вызывающих дрожание изображения в телескопе, и довести пространственное разрешение прибора до дифракционных значений.
• Инфракрасная, ультрафиолетовая, рентгеновская и гамма-астрономия. Соответствующие телескопы устанавливаются на ракеты и спутники Земли, так как данные виды излучения поглощаются атмосферой планеты и зарегистрировать их на её поверхности не представляется возможным. С их помощью изучаются тусклые остывшие звёзды, экзопланеты, молекулярные облака, скопления галактик, чёрные дыры и другие объекты.

Возможно, вскоре будут открыты и другие методы изучения Вселенной. Человечество узнает о ней что-то совсем необычное, и это навсегда перевернёт представления о мироздании.

Но даже предположить трудно, чтобы когда-нибудь люди смогли полностью изучить космическое пространство. На его территории колоссальных размеров, кажется, всегда будет оставаться место для тайн.