Современные представления об устройстве Вселенной

Как нам уже известно, область огромных космических расстояний и массивных космических тел называется мегамиром. Его главными объектами, по современным представлениям, являются планеты и звезды, связанные между собой галактики и метагалактики. Звезды представляют собой раскаленные физические тела гигантских размеров. Для пояснения скажем, что диаметр Солнца, которое является небольшой звездой, равен приблизительно 1 400000 км, в то время как диаметр Земли - это приблизительно 12 700 км, то есть Солнце превосходит Землю по диаметру примерно в 110 раз. А это значит, что по объему оно больше нашей планеты приблизительно в миллион раз. Звезды - это плазменные космические объекты. Плазмой называют четвертое агрегатное состояние вещества. Первые три - это твердое, жидкое и газообразное. Одним из различий между этими тремя состояниями является температура. Так, например, вода при одной температуре может быть льдом (то есть может находиться в твердом состоянии), при более высокой - водой (жидкое состояние), а еще при более высокой - паром (газообразное состояние). Под плазмой чаще всего понимается вещество с огромной температурой. Проще ее можно было бы назвать раскаленным газом. Таким образом, звезды - это очень горячие газовые тела колоссальных размеров.

У каждой звезды есть свой собственный срок жизни. Согласно наиболее распространенной точке зрения звезды зарождаются из гигантских межзвездных газово-пылевых облаков в результате гравитационного сжатия последних. Постепенно уплотняясь, такое облако превращается в протозвезду, в центре ее под действием гравитации собирается весь присутствующий в облаке водород (самый легкий химический элемент, атомы которого образованы всего лишь одним протоном в ядре и одним электроном вне ядра). Температура водорода неуклонно растет до того момента, когда его атомы начинают терять электроны, превращаясь тем самым в ионы. Лишившиеся электронов атомные ядра водорода вступают во взаимодействие друг с другом, соединяясь в ядра гелия. Происходит это в центре молодой звезды - в ее ядре. Причем из четырех протонов получается одно ядро гелия (2 протона и 2 нейтрона) и множество разнообразных элементарных частиц, и все это сопровождается выбросом световой и тепловой энергии. Этот процесс слияния ядер атомов и превращения тем самым одних химических элементов в другие с выделением огромного количества энергии называется термоядерным синтезом.

«Сжигая» водород, звезда не позволяет гравитации сжать себя до сверхплотного состояния. Интересно то, что чем больше масса звезды, чем изначально больше в ней водорода, тем больше и интенсивнее ей приходится его сжигать, сопротивляясь силе гравитации. Получается, что, чем массивнее звезда, тем короче ее жизнь. Но и любая звезда рано или поздно израсходует весь пригодный для термоядерных реакций водород, и гелий в ее ядре вступит в новую термоядерную реакцию, в результате которой образуется углерод, а также снова появится целый фейерверк разнообразных субатомных частиц. А звезда тем временем начнет расширяться, охлаждаться, превращаясь в так называемый «красный гигант». И если масса ее весьма скромная, то вскоре гравитация запустит процесс сжатия ее до «белого карлика», который будет излучать остаточное тепло до тех пор, пока окончательно не остынет. Такая судьба ожидает и наше Солнце. Но произойдет это еще очень не скоро.

Звезды же намного более массивные, чем Солнце, завершают свое существование весьма ярко и зрелищно. Их ядрам хватает энергии для того, чтобы продолжать термоядерную реакцию и создавать все более и более тяжелые химические элементы вплоть до железа, которое уже не может вступать в ядерный синтез. Когда в ядре звезды начинается новая реакция, в ее оболочке продолжается предыдущая (например, в ядре углерод уже превращается в кремний, а в оболочке из гелия еще активно создается сам углерод). Как только температура и давление внутри ядра достигают определенного уровня, звезда под воздействием огромной гравитации начинает сжиматься (коллапсировать), а затем взрывается в ослепительной вспышке «сверхновой», выбрасывая все вещество своей оболочки и огромное количество энергии в окружающее пространство Вселенной. И в этом взрыве рождаются все остальные химические элементы, существующие в природе, вплоть до урана. А затем, если масса оставшегося после взрыва ядра составляет 10-30 солнечных масс, то продолжающийся коллапс приведет к созданию нейтронной звезды, если более 30, то образуется «черная дыра». Термин «черная дыра» весьма условен. Им обозначают отнюдь не дырку в пространстве-времени, а очень значительный по массе объект, возникающий на месте гибели сверхмассивной звезды. Иначе говоря, «черная дыра» - это мегаобъект, сжавшийся до малых размеров и поэтому имеющий огромную плотность и колоссальную массу. Например, если бы наша планета сжалась до размеров горошины, она стала бы «черной дырой». В силу огромной массы гравитация «черной дыры» настолько велика, что даже попавший в ее «горизонт событий» (зону, в которой сила ее притяжения максимальна) свет уже не может оттуда вырваться. А ведь он обладает самой большой в природе скоростью.

Как правило, звезды находятся на огромных расстояниях друг от друга, хотя встречаются и близко соседствующие, например двойные звезды. Эти расстояния принято измерять световыми годами (расстояние, которое свет проходит за один год - 9 460 730 472 580 800 м, или приблизительно 9,46 квадриллиона метров) и в парсеках (1 парсек составляет 3,2616 светового года). Они существуют не изолированно, а в виде гигантских скоплений, которые называются галактиками. В нашей Вселенной огромное количество галактик, в некоторых из которых число звезд может доходить до 400 млрд По форме галактики бывают эллиптическими, линзовидными, спиральными, неправильными и др., их масса может находиться в диапазоне от 10⁷ до 10¹² масс Солнца, а диаметр варьируется от 5 до 250 килопарсек (16 - 800 тысяч световых лет). Расстояния до ближайших из них измеряются не столько в световых годах и парсеках, сколько в мегапарсеках; а до самых отдаленных - в единицах красного смещения. При этом увидеть на небе невооруженным глазом можно только три галактики - это Туманность Андромеды, а также Большое и Малое Магеллановы Облака.

Наша Солнечная система находится внутри одной из достаточно небольших по размеру и количеству звездных систем галактик. Называется она Млечный путь («млечный» - значит «молочный», потому что видимая с Земли часть нашей галактики белесого цвета, а греческое слово galaktos - это родительный падеж от слова gala, которое переводится на русский, как «молоко») и состоит по оценкам современным ученых из около 200 млрд звезд. Наша галактика относится к классу спиральных, то есть имеет внутри своего диска яркие ветви или рукава звездного происхождения, как бы выходящие из ее центральной области и закручивающиеся подобно виткам спирали. Диаметр Млечного пути равен приблизительно 100 тысячам световых лет (то есть чтобы попасть из одного конца нашей галактики в другой, надо лететь 100 тысяч лет со скоростью света, а это, напомним, почти 300 000 км/с). Толщина галактического диска порядка 1500 световых лет. А возраст самых древних ее звезд почти равен возрасту Вселенной и составляет 13,2 млрд лет.

Солнце и его восемь планет находятся в одном из рукавов-ответвлений Млечного пути на расстоянии 26 000 ± 1 400 световых лет от его центра. Солнечная система вращается вокруг ядра галактики, делая полный оборот за так называемый галактический год (это, по разным оценкам, от 225 до 250 млн земных лет). Само ядро состоит из очень плотного скопления звезд, в центре которого, по современным научным представлениям, находится сверхмассивная «черная дыра». В настоящий момент Солнце движется в той части галактического пространства, где ядро закрыто от него пылевой туманностью (громадным облаком космической пыли). Через несколько миллионов лет Солнечная система выйдет из-за этой завесы и будет подвержена излучениям, идущим от ядра. Им будет подвергаться также и наша планета. Возможно, что если бы Земля не была защищена пылевой туманностью, а являлась открытой, то излучения галактического ядра влияли бы на состояние и развитие жизни на ней.

Галактики, как правило, существуют не изолированно, а в виде скоплений, которые содержат в себе до нескольких тысяч отдельных галактик. Если, несмотря на огромные расстояния между галактиками

(в десятки и сотни миллионов световых лет), провести сравнение между молекулами макротела и галактиками в скоплениях, то оказывается, что галактические скопления можно уподобить очень вязкой среде. Взаимодействующие скопления галактик образуют метагалактику. Греческая приставка meta обозначает над, сверх, более и т.д., то есть Метагалактика - это сверх- или супергалактика. Современная наука допускает возможность возникновения и существования множества других миров или метагалактик, кроме нашей метагалактики, называемых внеметагалактическими объектами.

Помимо звезд, объединенных в галактики и метагалактики, важными космическими объектами являются планеты. Они представляют собой небесные тела, движущиеся вокруг звезд (или того, что остается от звезды после ее коллапса). Планеты обладают массой, достаточной для того, чтобы стать приблизительно шарообразными под действием собственной гравитации, но при этом недостаточной для того, чтобы в них началась термоядерная реакция. Среди них выделяют, во-первых, планеты Солнечной системы, последовательность расположения которых от Солнца такова: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (в Солнечной системе имеются еще и пять карликовых планет: Плутон, до 2006 г. считавшийся девятой планетой, Церера, Эрида, Хаумеа и Макемаке). Во-вторых, экзопланеты - планеты, находящиеся вне Солнечной системы и движущиеся вокруг других звезд. По современным подсчетам только в нашей галактике возможно существование более 100 млрд экзопланет, из которых приблизительно 5-20 млрд подобны нашей Земле. На настоящее время учеными точно обнаружено 1853 экзопланеты в 1162 планетарных системах. Кроме того, и среди планет Солнечной системы, и среди экзопланет есть как газовые гиганты - планеты, обладающие невысокой плотностью, но отличающиеся солидными размерами (в Солнечной системе их четыре - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), так и планеты менее крупные, но зато имеющие твердую поверхность, - землеподобные планеты (в Солнечной системе их также четыре - Меркурий, Венера, Земля и Марс).

Звезды и планеты составляют планетарные системы, но кроме них вещество Вселенной представлено также диффузной материей (от лат. diffusio - распространение, растекание, рассеивание). Она существует в виде разобщенных атомов и молекул, а также гигантских облаков пыли и газа - газово-пылевых туманностей. Значительную долю материи во Вселенной занимают различные виды излучения. Следовательно, космическое межзвездное пространство никоим образом не пусто.

Итак, принимая во внимание безграничные масштабы Вселенной и бесчисленное множество заполняющих ее мегаобъектов, вполне можно предположить, что среди колоссального количества звезд могут быть звезды, подобные нашему Солнцу, которые, так же как и оно, имеют свои спутники - экзопланеты; некоторые из них характеризуются наличием благоприятных для жизни условий. В связи с вышесказанным, не исключено, что жизнь существует не только на планете Земля, и мы не одиноки во Вселенной. Причем вполне возможно, что жизнь в бескрайних просторах космоса может существовать как в менее развитых (вирусы и бактерии) формах, чем на Земле, так и в более совершенных, например, в качестве высокоразвитых, техногенных цивилизаций. По одной из гипотез жизнь на Земле является не следствием длительной естественной биохимической эволюции, а результатом сознательной деятельности представителей высокоразвитых цивилизаций, которые планомерно доставляют «семена» жизни на планеты с подходящими для этого условиями.