Просмотр новости
Найдите то, что Вас интересует
Спутники
РН
SpaceX
Роскосмос
NASA
СпутникиРНSpaceXРоскосмосNASAКОСМИЧЕСКАЯ И ПЛАНЕТНАЯ ГЕОЛОГИЯ ВЛАДИМИРА ВИКТОРОВИЧА КОЗЛОВА – АЭРОГЕОЛОГА И ПУТЕШЕСТВЕННИКА
Часть 2
Семинары по космической и планетной геологии инструктора-методисты Учебно-методического центра «Готовность» готовили для юных разведчиков-первопроходцев Экспедиционного корпуса «Зурбаган» в основном по книгам Владимира Викторовича Козлова.
КОЗЛОВ ВЛАДИМИР ВИКТОРОВИЧ (1931 — 2022) — доктор геолого-минералогических наук, лауреат Государственной премии СССР, действительный член Российской академии космонавтики и почетный член Российского геологического общества, многие годы работал начальником партии и главным геологом объединения «Аэрогеология» — ведущей геологической организации по региональному изучению геологического строения территории страны на основе аэрокосмических методов.
Владимир Викторович свой экспедиционный опыт, результаты геологических исследований и рекомендации изложил в своих книгах: «С геологическим молотком» (2009), «С туристским рюкзаком» (2010), «С поэмами Гомера» (2010), «С геологией в космосе» (2012), «С минералами и феноменами» (2012), «С рудами и самоцветами» (2017), «С геологией в Библию» (2020), которые, безусловно, будут полезными для геологов нового поколения.
ВЛАДИМИР КОЗЛОВ:
ВСЕЛЕННАЯ И ГАЛАКТИКА
Вселенная — по одним представлениям, это целый мир, во всем многообразии, безграничный во времени и пространстве; по другим — часть окружающего мира, доступная для наблюдений с помощью современной аппаратуры. Строение Вселенной является предметом изучения космологии, которое проводится астрономическими методами. Весь мир состоит из огромных звездных систем — галактик. Все видимые галактики образуют Метагалактику, граница которой точно не установлена. Действовал «космологический постулат» — условие однородности и изотропности пространства при построении космологических моделей, в которых выявлены новые возникновения и эволюция Метагалактики.
Современные модели Вселенной строятся на идеях, выдвинутых в середине 20 в. А. Эйнштейном (1879-1955), который создал общую теорию относительности и фундаментальных свойств материи, пространства и времени. А.А. Фридман (1885-1925) решил для Вселенной уравнения общей теории, доказав, что она расширяется. Э. Хаббл (1889-1953) на основе классификации звездных ассоциаций установил, что галактики удаляются друг от друга. Определена «постоянная Хаббла» — характеристика скорости расширения Вселенной.
ЕДИНИЦЫ ДЛИНЫ
Расстояния между объектами настолько велики, что их измеряют световыми годами (расстоянием, которое проходит свет в течение года, — 9,46 трлн км). Расстояние от Солнца до ближней звезды составляет более 4 световых лет. Для еще больших длин используют единицы: парсек (такое расстояние, на котором радиус земной орбиты виден под углом 1// дуги, или на расстоянии 200 тыс. а.е.) — три (точнее 3,26) световых года (пк — примерно 30 840 млрд км), килопарсек (кпк — 1000 пк) и мегапар-сек (Мпк — 1 млн пк). Радиус Метагалактики (и видимой Вселенной) составляет 10-13 млрд световых лет (с.л.), но сейчас некоторые исследователи увеличивают его до 15 млрд с.л.
ЗВЕЗДЫ.
Материя распространена в виде галактик, звездных систем, так называемых «черных дыр», туманностей. Звезды — огромные, раскаленные газовые шары плазмы с источником энергии и своим светом. Без приборов видны около 6000 звезд, а их общее число сейчас оценивают во многие миллиарды. Типы звезд выделяются по яркости, абсолютной величине, расстоянию, характеристике и массе, радиусу и светимости, спектральной классификации по классам от голубого до красного цвета, соответствующих температуре. По размерам подразделяют на карлики (желтые — типа Солнца и белые — в 8-10 раз меньше его массы), гиганты (в десятки тысяч раз больше Солнца) и сверхгиганты (в миллиарды, сопоставимые с диаметром Солнечной системы). Отмечены двойные звезды — в центре тяготения с наблюдением колебаний блеска, переменные звезды — с закрытием временами других светил, сверхновые звезды — со вспышками при сбросе газовой оболочки.
Звезды состоят чаще всего из водорода и гелия. Термоядерные реакции очень высокой температуры создают легкие и тяжелые ядра. Выделены этапы возникновения и развития: туманность — сжатие газового облака — протозвезда — желтые звезды — красные гиганты — белые карлики. Некоторые массивные звезды накапливают углерод с реакцией на железо с температурой в центре до 3 млрд К, с вспышками сверхновых звезд, при сжатии которых возникают нейтронные звезды с мощным магнитным полем и излучением радиоволн с мерцающим сигналом — они названы пульсарами. При выгорании ядерного топлива звезды происходит гравитационный коллапс, возникают «обыкновенные» черные дыры. Выделяют также «сверхтяжелые» черные дыры массой свыше Солнца приблизительно в 108 раз, возникают они при сжатии огромных скоплений галактического газа.
МАТЕРИЯ И ЭНЕРГИЯ
Изучая взаимодействия далеких галактик, получив снимки гигантских объединений, исследователи определили, что масса во многом исходит из излучения — возникла идея о существовании недоступных вещества и энергии. Признано, что Вселенная состоит на 4 % из атомов, образующих звезды и планеты, на 23 % из «темной материи» и на 73 % — из «темной энергии» (неизвестных полей и частиц или неиз-лучающих тел). Для объяснения «темных» вещества и энергии предложены различные гипотезы, но они не обоснованы фактическими данными. Предстоит также решить, что появилось первоначально: черные дыры или галактики. Вероятно, что темная материя возникла сразу после Большого взрыва, еще до образования атомов. Вся ближайшая часть Вселенной заполнена диапазоном миллиметрового излучения, которое считается реликтовым, связанным с началом существования Метагалактики. Вся Вселенная образовалась в результате так называемого «Большого взрыва». Это явление было выявлено при обнаружении «красного смещения» (Хаббл, 1930 г.), на основе эффекта Доплера у скопления галактик, удаляющихся с большой скоростью, а также при установлении реликтового электромагнитного излучения (Вильсон, Пензиас, 1964 г.), оставшегося от Большого взрыва.
ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ
Первоначально Вселенная была микроскопических размеров, потом имело место инфляционное расширение, а поле — минимум энергии. По последним данным, возраст Вселенной определен в 13,7 млрд лет с точностью 200 млн лет. В это время произошел Большой взрыв с последовательным образованием кварков и электронов, протонов и нейтронов, ядер дейтерия, гелия и лития, других атомов. Около 1 млрд лет назад, после взрыва, зародились первые звезды и галактики. Во Вселенной самым распространенным элементом является водород, за ним следуют гелий, кислород, углерод и азот. После Большого взрыва и возникновения Вселенной у некоторых звезд появились планеты — около 4,6 млрд лет. С открытием более древних метеоритов (4,62 и 4,635 млрд лет назад) и кристаллизации первичной лунной коры (4,62 млрд лет назад) появляются представления о более древнем формировании планет — 4,65-4,7 млрд лет или гораздо раньше. Для изучения Большого взрыва и Вселенной в Швейцарии создан Большой андронный коллайдер (длина 26,7 м на глубине 50-175 м). В июле 2012 г. открыты элементарные частицы — бозон Хиггса (предсказал еще в 1964 г.), что важно для создания модели образования Вселенной.
ГАЛАКТИКИ: ТИПЫ И РАЗВИТИЕ
Они являются ассоциациями звезд и звездных систем, имеющих огромные размеры, образующих Метагалактику, всю доступную для наблюдений Вселенную. В окружающей области насчитывается около 40 млрд галактик, в радиусе 10-13 млрд световых лет. Галактики по размерам варьируют от карликовых всего в десятки миллионов световых лет до массивных — тысячи миллиардов звезд.
Основные типы разделяются по развитию:
1) неправильные с плотным ядром в центре, как молодые, так и старые звезды, с обилием газа и пыли и хаотическим движением материи; около половины вещества находится в звездах и газе; образование звезд происходит энергично;
2) спиральные в виде плоского диска со спиральными рукавами с ядром из более старых звезд, в пределах диска есть молодые и старые звезды, диск окружен сферическим гало из газа, с немногими звездами и с магнитными полями, в спиральных частях продолжается образование новых звезд;
3) эллиптические, с примерно равномерным распределением звезд, причем здесь развиты только старые звезды, содержание газа и пыли незначительно, новые звезды не возникают в течение последних 10 млрд лет.
Выделяются активные галактики, которые испускают энергию в разных областях электромагнитного спектра выше суммы излучения слагающих звезд. Это объясняется наличием черной дыры с такой плотностью материи, что происходит «засасывание» вещества. При большой массе (от миллионов до миллиардов солнечных масс) черные дыры обладают огромным гравитационным воздействием. Выделяются также квазары — источники, которые испускают больше энергии, чем вся галактика. Это сверхмассивные черные дыры. Возраст самых удаленных квазаров около 12 млрд лет. Выделяются также Сейфертовские галактики (похожие на спиральные, но с очень активным ядром), с излучением меняющейся интенсивности и радиогалактики эллиптической формы с мощным излучением в радиодиапазоне.
ТУМАННОСТИ И МЕЖЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ
Космическая пыль состоит из мельчайших частиц твердого вещества в пространстве, играет важную роль в аккреции планет, в том числе и Земли. Межзвездная пыль образует темные туманности, за которыми звезды практически не видны («Конская Голова» в созвездии Орион и «Угольный мешок» в Южном Кресте). Исследования спектра показали, что они состоят из мелких твердых частиц (в среднем 0,1-1 мкм). В них имеется тугоплавкое ядро (силикаты и железо), оболочки (лед с примесями), высший покров (слой атомарного водорода). Пылевая материя распространена крайне неравномерно. В межзвездном пространстве отмечаются только ничтожные пылинки, количество которых увеличивается в 10-100 раз в туманностях. В межзвездной среде пыль и газ находятся в соотношении 1:100.
КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ
Космические лучи — энергетичные частицы и атомные ядра, движущиеся с огромными скоростями, близкими к скорости света. Из всех направлений изотропии их пространства распределения на Землю происходит одинаковый поток частиц. Большинство частиц имеют энергию в 100 МэВ — 1 ГэВ, которые существенно уменьшаются при солнечной активности («выметаются» из гелиосферы) и возрастают при солнечных вспышках. Рассматриваются галактические космические лучи (ГКЛ) и солнечные космические лучи (СКЛ) — малоэнергетичные (мягкие) частицы. Общий поток ГКЛ является постоянным с активным обменом энергии между галактическими лучами и межзвездной средой в Галактике. В земной атмосфере эти частицы сталкиваются с молекулами и порождают новые энергетичные частицы — вторичные космические лучи.
Среди первичных частиц в лучах находятся тяжелые элементы в 10 раз выше, чем в среднем во Вселенной. Легкие элементы (литий, бериллий, бор) отличаются большим содержанием, так как звезды «выгорают» из ядерных реакций. Для энергий больших 2,5 ГэВ космические лучи состоят из протонов — 90 %, ядер гелия — 7 % и релятивистских электронов — около 1 %. Частицы ГКЛ двигаются на длинные расстояния и с огромной скоростью и сталкиваются с относительно неподвижными ядрами атомов межзвездного газа — происходят ядерные реакции превращения тяжелых ядер, например железа, в более легкие. Такие элементы за десятки миллионов лет рассеиваются в межзвездной среде. Некоторые источники космических лучей могут находиться далеко за пределами Галактики. Заряженные частицы могут двигаться по магнитным силовым линиям, необходимым для их «удержания», основанным на межзвездной поляризации света.
Источник энергии мощности — вспышки сверхновых звезд (раз в 100 лет в Галактике) с поступлением энергии, обеспеченные космические лучи, а также нейтронные звезды — пульсары. Эти лучи увеличивают температуру разреженного газа, образуя газовую галактическую корону. Релятивистские электроны высокой энергии движутся с огромными скоростями, которые подтверждены радиоастрономическими наблюдениями. Спектр этого радиоизлучения сильно похож на туманности во вспышке сверхновой звезды. При излучении электронов происходит торможение в галактических магнитных полях — длинные волны в радиотелескопах и синхротронное излучение галактической короны, названное «нетепловым». В Галактике происходит гамма-излучение при распаде частиц мезонов в столкновении частиц космических лучей и межзвездного газа и тормозное излучение электронов с действием с межзвездными атомами. Слабое гамма-излучение прослежено вдоль экватора Галактики, отмечены точечные источники — пульсары.
МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ — ГАЛАКТИКА
Выделяют также Галактику (с большой буквы) - Млечный Путь, включая Солнечную систему. Есть свидетельства, что в его центре находится черная дыра. Млечный Путь, Туманность Андромеды и близкие галактики составляют Местную группу, с поперечником в несколько миллионов световых лет. С помощью телескопа Хаббла определили, что Андромеда и Галактика быстро сокращаются и со временем, через многие миллионы лет, они могут объединиться. Что будет тогда с Солнечной системой и Землей? Галактика в виде диска, имеет спиральную форму. Состоит примерно из 200-400 млрд звезд, ее масса оценивается в пределах 750 млрд — 1 трлн т солнечных масс. Большой диаметр составляет около 80-100 тыс. с.л. Максимальная толщина в центре — 16 тыс. с.л., на периферии — до 3-6 тыс. с.л. Ядро состоит из плотности скопления множества звезд.
СОЗВЕЗДИЯ
На ночном небе в Северном и Южном полушариях видны звезды 88 созвездий и множество скоплений. Многие из них получили свои названия еще в древности в честь героев греческих мифов.