|
Реферат: Истинное солнечное и среднее солнечное время. Местное и всемирное время. Поясное, декретное время (Астрономия)
Воронежский УВК №2
Доклад на тему
Истинное солнечное и среднее солнечное время. Местное и всемирное
время. Поясное, декретное время.
Выполнил
Мещерин Сергей, 11 «А»
Учитель
Рожкова Татьяна Алексеевна
Воронеж, 2002 г.
Оглавление
Стр.
1. Истинное солнечное и среднее 3
Солнечное время
2. Местное и всемирное время 4
3. Поясное и декретное время 4
4. Литература 7
Промежуток времени между двумя последовательными (верхними или нижними)
кульминациями центра солнечного диска называется истинными солнечными
сутками. Пользоваться этой единицей времени неудобно по двум причинам.
Видимое движение Солнца происходит не по небесному экватору, а по
эклиптике, наклоненной к нему на [pic], и это движение неравномерно, так
как орбита Земли имеет эллиптическую форму, из-за чего скорость ее движения
в разное время года неодинакова. Поэтому продолжительность истинных
солнечных суток ото дня ко дню несколько меняется.
В практической жизни (в науке, технике и производстве) за основную
единицу времени принимают средние солнечные сутки.
При установлении продолжительности средних солнечных суток вместо
центра истинного Солнца пользуются точкой, которая равномерно перемещается
по небесному экватору, совершая полный оборот в течение года. Такую
воображаемую точку называют средним солнцем. За средние солнечные сутки
принимают промежуток времени между двумя последовательными одноименными
кульминациями среднего солнца; их длина всегда одинакова и равна 24 средним
часам, составляя приблизительно 1/365,24 часть года. Солнце – одна из самых
обычных звезд, составляющих нашу галактику. Ее отличие от всех остальных
звезд состоит в том, что она неизмеримо ближе к нам. Поэтому из-за движения
Земли за одни сутки Солнце смещается на фоне остальных, «неподвижных»
звезд, и Земле нужно еще довернуться, чтобы Солнце «пришло» на тот же самый
меридиан. Вследствие этого средние солнечные сутки длиннее звездных на 3
минуты 56 секунд (звезда возвращается на тот же меридиан раньше Солнца).
Так же, как и в звездных сутках, каждый час средних солнечных суток длится
60 минут, а минута – 60 секунд.
До 1956 г. значение секунды принималось равным 1 : 86400 части средних
солнечных суток, определяемых по вращению Земли вокруг своей оси. Для более
точного определения секунды в 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и
весам утвердила рекомендованную IX конгрессом МАС в 1955 г. ее значение
как 1 : 31556925,9747 часть тропического года, каким он был на начало 1900
г. Такая секунда была названа эфемеридной; она определяется с погрешностью
до [pic]. За начало средних солнечных суток принимают момент нижней
кульминации среднего солнца . Такой счет времени называют гражданским
временем.
В России гражданским временем в народном хозяйстве пользуются с 1919
г., а в астрономии – с 1925 г. Часы, которыми мы пользуемся отрегулированы
не по истинному, а по среднему солнечному времени. Так как скорость
среднего солнца одинакова и через меридиан оно проходит раньше или позднее
истинного Солнца, то, следовательно, средние сутки могут наступать раньше
или позже истинных.
Разница между истинным и средним солнечным временем ? называется
уравнением времени. Следовательно, в любой момент среднее солнечное время
[pic] равно истинному солнечному времени [pic] плюс уравнение времени ?, т.
е.
[pic],
где ? имеет положительное значение, когда истинное Солнце находится на
эклиптике впереди среднего, и отрицательное – когда среднее Солнце
находится впереди истинного. (Знаком в астрономии обозначается Солнце.)
На рис. 1 приведен график изменения уравнения времени в течение года
через полмесяца. Уравнение времени бывает равно нулю около 15 апреля, 14
июня, 31 августа и 25 декабря, когда истинное время почти совпадает со
средним солнечным; в эти дни часы, установленные по среднему солнечному
времени, будут показывать в полдень 12. Наибольшее (по абсолютной величине)
отрицательное значение уравнения времени (см. рис. 4), ?= -16,5 минуты,
бывает около 4 ноября, а наибольшее положительное, ?= +14,3 минуты, - 12
февраля.
Из определения среднего солнечного времени следует, что оно относится к
тому месту, где производятся наблюдения. Следовательно, среднее солнечное
время имеет свое собственное значение для каждого меридиана на Земле и
поэтому его называют еще местным средним временем.
Для любой точки одного и того же меридиана местное время сохраняет
постоянное значение, но с изменением долготы места наблюдений меняется и
местное среднее время. Когда в Москве полдень, то на противоположной
стороне земного шара, т. е. На 180° к западу или к востоку от Москвы, в
этот момент будет полночь. В течение одного часа небесная сфера в своем
видимом движении поворачивается на 1/24 часть ее полного оборота, что в
угловых единицах соответствует 360° : 24 = 15°. Поэтому два пункта на
Земле, имеющие разность долгот в 15°, будут иметь местное время,
отличающееся на 1 час. Если от первоначального места наблюдения
передвинуться по долготе, например, на 30° (т. е. на два часа) к востоку
или западу, то в первом случае Солнце, очевидно, пройдет через меридиан
нового места наблюдения на два часа раньше, а во втором случае, наоборот,
на два часа позднее, чем в первоначальном пункте. Следовательно, по
разности показаний часов, идущих по местному времени в разных пунктах
Земли, можно судить о разности долгот этих пунктов.
В соответствии с международным соглашением (Рим, 1883 г.) за начальный
меридиан для счета географических долгот на нашей планете принят
Гринвичский меридиан с долготой, равной [pic], а местное гринвичское время,
отсчитываемое от полуночи, условились называть всемирным или мировым
временем ([pic]). Поэтому, когда в Гринвиче (около Лондона) наступает
полночь, т. е. 00 ч 00 мин 00 с среднего местного времени, местное время
любого пункта на нашей планете будет равно долготе этого пункта, выраженной
в часовой мере. Другими словами, разность долгот двух пунктов равна
разности местных времен в этих пунктах в один и тот же момент. На этом и
основано определение долготы.
Наличие в различных пунктах, лежащих на разных меридианах, своего
местного времени приводило ко многим неудобствам.
В 1878 г. канадский инженер С. Флеминг предложил так называемое поясное
время ([pic]), которое в 1884 г. было принято на Международном
астрономическом конгрессе. По идее С. Флеминга вся поверхность земного шара
условно разделяется меридианами на 24 часовых пояса протяженностью каждый в
15° (1 час) по долготе. Во всех точках каждого часового пояса
устанавливается время, соответствующее среднему меридиану данного пояса.
Каждому из 24 часовых поясов присваивается соответствующий номер от 0
(нулевого) до 23-го. За нулевой принят пояс, средним меридианом которого
является Гринвичский, от которого нумерация поясов ведется с запада на
восток. Средний меридиан первого пояса находится к востоку от Гринвичского
меридиана на 15°, или на 1 час по времени; средний меридиан второго пояса
имеет восточную долготу, равную 30°, а его местное время отличается от
всемирного (гринвичского) на 2 часа, и т. д. Таким образом, номер каждого
часового пояса показывает, на сколько целых часов время данного пояса
отличается от всемирного (опережает его); при этом минуты и секунды во всех
поясах остаются одинаковыми. Следовательно, поясное время при переходе из
одного пояса в смежный изменяется скачком на 1 час. Если обозначить номер
пояса через n, то поясное время равняется мировому плюс n, т. е.
[pic]
Поясному времени некоторых часовых поясов присвоены особые названия. Так,
например, время нулевого пояса называют западноевропейским, первого пояса –
среднеевропейским, второго пояса – восточноевропейским.
Впервые поясное время было введено в 1883 г. в Канаде и в США; в начале
XX в. им стали пользоваться в некоторых европейских государствах.
В нашей стране на поясное время впервые перешли с 1 июля 1919 г. в
соответствии с Декретом СНК РСФСР от 8 февраля 1918 г., и вначале им
пользовались лишь для целей судоходства.
На территорию России приходится 11 часовых поясов, со 2-го по 12-й; при
этом Москва отнесена ко второму часовому поясу, хотя только небольшая
западная часть города расположена во втором поясе, а большая его часть
лежит к востоку от меридиана, разделяющего второй и третий пояса. Таким
образом, получилось, что местное время в Москве на полчаса впереди поясного
– московского времени. Вообще же границы часовых поясов проводятся по
границам административных единиц – областей, краев, республик.
В нашей стране вначале временем второго пояса пользовались только на
железных дорогах и телеграфе. Постановлением СНК СССР от 17 января 1924 г.
поясное время было введено повсеместно на всей территории СССР.
В целях лучшего использования естественного света, т. е. симметричного
расположения рабочего дня относительно полдня, и по некоторым экономическим
соображениям летом во многих странах мира часы переводят вперед
относительно поясного времени на один и больше часов, устанавливая этим так
называемое летнее время.
Так, например, поступили во Франции в апреле 1916 г., а затем этому
последовали и некоторые другие страны.
В нашей стране летнее время также вводилось неоднократно. В последний
раз это было 16 июня 1930 г., когда в соответствии с Декретом СНК СССР
стрелки часов во всех поясах страны были передвинуты против поясного
времени вперед на один час. Однако впоследствии стрелки назад не
переводились, и с тех пор такое время, отличающееся от поясного на один
час, у нас называется декретным временем, и оно действовало круглый год до
1 апреля 1981 г. Однако по решению Государственной комиссии единого времени
и эталонных частот СССР часть областей СССР не вводила у себя декретное
время, оставаясь жить по одному времени с Москвой. В результате этого
некоторые автономные республики, области (в. т. ч. и Воронежская),
автономные округа продолжали жить по декретному времени второго пояса (по
так называемому московскому времени) в течение всего года , хотя, например,
Коми АССР расположена в 4-м часовом поясе, т. е. отставала от своего
местного времени на два часа.
Все это приводило к тому, что в электросеть страны одновременно
включалось несколько крупнейших промышленных районов, что приводило к
колоссальному возрастанию нагрузок на электросистему в часы пик.
В последние годы произошли значительные перемены в экономике Севера,
Дальнего Востока, Сибири и Казахстана. В этих регионах весьма заметно
увеличилось население, появились новые города и мощные территориально-
производственные комплексы, что позволило создать крупные промышленные
центры, и если прежде на карте часовых поясов, например, граница между
шестым и седьмым часовыми поясами (Восточная Сибирь) была проведена по
прямой (по меридиану) и делила Эвенкийский автономный округ на две части,
то это вызвало много неудобств. Для устранения этого недостатка с 1 октября
в 1981 г. на карте СССР были установлены новые границы часовых поясов (рис.
5; различными линиями обозначены: 1 – границы часовых поясов, введенные в
1981 г., 2 – границы, существовавшие до 01.10.81, 3 – меридианы). Кроме
того, в соответствии с этим на исходе суток 1 апреля 1981 г., после того,
как Кремлевские куранты, как и всегда, отсчитали 12 ударов, по радио
прозвучало объявление, что в это время в столице нашей Родины Москве час
ночи. После этого объявления стрелки всех часов нашей страны были
переведены ровно на один час вперед, и был осуществлен переход к летнему
времени. Однако 1 октября 1981 г. стрелки часов в обратную сторону были
переведены не везде. Это позволило упорядочить времяисчисление в пределах
всех часовых поясов и восстановить счет поясного времени на всей территории
СССР.
Сейчас в России каждый год в последнее воскресенье марта стрелки часов
переводятся на один час вперед, а в последнее воскресенье октября на один
час назад, т. е. регулярно осуществляется переход от декретного (зимнего)
времени к летнему и наоборот.
Смысл введения летнего времени заключается в том, чтобы «выкроить»
дополнительный час в светлое время суток и таким образом более рационально
использовать утренний свет. По подсчетам специалистов один «летний» час в
нашей огромной стране с ее мощной промышленностью дает экономию более двух
миллиардов киловатт-часов ежегодно, что позволит обеспечить электроэнергией
несколько миллионов квартир. Декретное же и летнее время вместе позволяют
сэкономить примерно 7 миллиардов киловатт-час в год.
По заключению врачей, основанному ан специально проведенных
исследованиях перевод стрелки часов вперед на самочувствие людей не
оказывает влияния. Наоборот, «лишний час» дневного света сокращает так
называемое «световое голодание», в частности меньше нагрузок выпадает на
зрение. Переход с летнего времени на зимнее также никаких неудобств в
повседневную жизнь не вносит. Что же касается железнодорожного транспорта,
междугородной и телеграфной связей, то они работают по московскому времени
на всей территории России.
Литература:
Реферат на тему: История возникновения солнечной системы
Содержание
1. Введение
2. Начало Вселенной
3. Рождение сверхгалактик и скоплений галактик
4. Рождение галактик
5. Происхождение солнечной системы
6. Заключение
Введение
Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная
во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и
эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции
Вселенной. И всё же исследования проведенные в нашем веке, приоткрыли
занавес, закрывающий от нас далекое прошлое.
Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что
началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был
гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост.
Этот огненный шар был на столько раскален, что состоял лишь из свободных
элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с
другом.
На протяжении десяти миллиардов лет после “большого взрыва”
простейшее бесформенное вещество постепенно превращалось в атомы, молекулы,
кристаллы, породы, планеты. Рождались звезды, системы, состоящие из
огромного количества элементарных частиц с весьма простой организацией. На
некоторых планетах могли возникнуть формы жизни.
Начало Вселенной
Вселенная постоянно расширяется. Тот момент с которого Вселенная
начала расширятся, принято считать ее началом. Тогда началась первая и
полная драматизма эра в истории вселенной, ее называют “большим взрывом”
или английским термином Big Bang.
Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс, когда то же
самое количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно
возрастающий объём. Средняя плотность Вселенной в результате расширения
постепенно понижается. Из этого следует, что в прошлом Плотность Вселенной
была больше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой
древности (примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была
очень большой. Кроме того высокой должна была быть и температура, настолько
высокой, что плотность излучения превышала плотность вещества. Иначе говоря
энергия всех фотонов содержащихся в 1 куб. см была больше суммы общей
энергии частиц, содержащихся в 1 куб. см. На самом раннем этапе, в первые
мгновения “большого взрыва” вся материя была сильно раскаленной и густой
смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы при
столкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но
возникающие гамма-фотоны моментально материализовались в частицы и
античастицы.
Подробный анализ показывает, что температура вещества Т понижалась во
времени в соответствии с простым соотношением :
T = 1010 K .
t
Зависимость температуры Т от времени t дает нам возможность
определить, что например, в момент, когда возраст вселенной исчислялся
всего одной десятитысячной секунды, её температура представляла один
биллион Кельвинов.
Температура раскаленной плотной материи на начальном этапе Вселенной
со временем понижалась, что и отражается в соотношении. Это значит, что
понижалась средняя кинетическая энергия частиц kT. Согласно соотношению h
kT понижалась и энергия фотонов. Это возможно лишь в том случае, если
уменьшится их частота.Понижение энергии фотонов во времени имело для
возникновения частиц и античастиц путем материализации важные последствия.
Для того чтобы фотон превратился (материализовался) в частицу и античастицу
с массой mo и энергией покоя moc ему необходимо обладать энергией 2moc или
большей. Эта зависимость выражается так :
h>=2moc2
Со временем энергия фотонов понижалась, и как только она упала ниже
произведения энергии частицы и античастицы (2moc2), фотоны уже не способны
были обеспечить возникновение частиц и античастиц с массой mo. Так,
например, фотон, обладающий энергией меньшей, чем 2.938 Мэв = 938 Мэв, не
способен материализоваться в протон и антипротон, потому что энергия покоя
протона равна 938 мэв.
В предыдущем соотношении можно заменить энергию фотонов h
кинетической энергией частиц kT ,
kT >= 2 moc2
то есть
T >= 2 moc2 .
k
Знак неравенства означает следующее: частицы и соответствующие им
античастицы возникали при материализации в раскаленном веществе до тех пор,
пока температура вещества T не упала ниже значения.
2 moc2
k
На начальном этапе расширения Вселенной из фотонов рождались частицы
и античастицы. Этот процесс постоянно ослабевал, что привело к вымиранию
частиц и античастиц. Поскольку аннигиляция может происходить при любой
температуре, постоянно осуществляется процесс частица + античастица гамма-
фотона при условии соприкосновения вещества с антивеществом. Процесс
материализации гамма-фотон частица + античастица мог протекать лишь при
достаточно высокой температуре. Согласно тому, как материализация в
результате понижающейся температуры раскаленного вещества приостановилась.
Эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры : адронную, лептонную,
фотонную и звездную.
а) Адронная эра. При очень высоких температурах и плотности в самом
начале существования Вселенной материя состояла из элементарных частиц.
Вещество на самом раннем этапе состояло прежде всего из адронов, и поэтому
ранняя эра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в то
время существовали и лептоны.
Через миллионную долю секунды с момента рождения Вселенной,
температура T упала на 10 биллионов Кельвинов(1013K. Средняя кинетическая
энергия частиц kT и фотонов h? составляла около миллиарда эв (103Мэв,что
соответствует энергии покоя барионов. В первую миллионную долю секунды
эволюции Вселенной происходила материализация всех барионов неограниченно,
так же, как и аннигиляция. Но по прошествии этого времени материализация
барионов прекратилась, так как при температуре ниже 1013 K фотоны не
обладали уже достаточной энергией для ее осуществления. Процесс аннигиляции
барионов и антибарионов продолжался до тех пор, пока давление излучения не
отделило вещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые тяжелые из
барионов) в процессе самопроизвольного распада превратились в самые легкие
из барионов (протоны и нейтроны). Так во вселенной исчезла самая большая
группа барионов - гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны,
которые далее не распадались, иначе бы нарушился закон сохранения
барионного заряда. Распад гиперонов происходил на этапе с 10-6 до 10-4
секунды.
К моменту, когда возраст Вселенной достиг одной десятитысячной
секунды (10-4 с.), температура ее понизилась до 1012K, а энергия частиц и
фотонов представляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало уже для возникновения
самых легких адронов - пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а
новые не могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст
Вселенной достиг 10-4 с., в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается
адронная эра, потому что пионы являются не только самыми легкими мезонами,
но и легчайшими адронами. Никогда после этого сильное взаимодействие
(ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную
эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды.
б) Лептонная эра. Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от
100 Мэв до 1 Мэв в веществе было много лептонов. Температура была
достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов,
позитронов и нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную
эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже.
Лептонная эра начинается с распада последних адронов - пионов - в
мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при
температуре 1010K, когда энергия фотонов уменьшилась до 1 Мэв и
материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа
начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино,
которые мы называем “реликтовыми”. Всё пространство Вселенной наполнилось
огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает
нейтринное море.
в) Фотонная эра или эра излучения. На смену лептонной эры пришла эра
излучения, как только температура Вселенной понизилась до 1010K , а энергия
гамма фотонов достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция электронов и
позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие
материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но
аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление
излучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени
адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу
лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и
электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся
фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии.
Для того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во
Вселенной, была введена величина плотности энергии. Это количество энергии
в 1 куб.см, точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что вещество
во Вселенной распределено равномерно). Если сложить вместе энергию h всех
фотонов, присутствующих в 1 куб.см, то мы получим плотность энергии
излучения Er . Сумма энергии покоя всех частиц в 1 куб.см является средней
энергией вещества Em во Вселенной.
Cледствие расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и
частиц. С увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился
в восемь раз. Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в
восемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы.
В то время как энергия покоя во время расширения Вселенной не меняется,
энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают свою частоту
колебания, словно “устают” со временем. Вследствие этого плотность энергии
фотонов (Er) падает быстрее, чем плотность энергии частиц (Em).
Преобладание во вселенной фотонной составной над составной частиц (имеется
в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения уменьшалось до тех
пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе составные пришли в
равновесие (то есть Er=Em). Кончается эра излучения и вместе с этим период
“большого взрыва”. Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000 лет.
Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время.
“Большой взрыв” продолжался сравнительно недолго, всего лишь одну
тридцатитысячную нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткость
срока, это всё же была самая славная эра Вселенной. Никогда после этого
эволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом её начале, во
время “большого взрыва”. Все события во Вселенной в тот период касались
свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада,
аннигиляции. Не следует забывать, что в столь короткое время (всего лишь
несколько секунд) из богатого разнообразия видов элементарных частиц
исчезли почти все: одни путем аннигиляции (превращение в гамма-фотоны),
иные путем распада на самые легкие барионы (протоны) и на самые легкие
заряженные лептоны (электроны).
После “большого взрыва” наступила продолжительная эра вещества,
эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается
со времени завершения “большого взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до
наших дней. По сравнению с периодом “большим взрыва” её развитие
представляется как будто слишком замедленным. Это происходит по причине
низкой плотности и температуры. Таким образом, эволюцию Вселенной можно
сравнить с фейерверком, который окончился. Остались горящие искры, пепел и
дым. Мы стоим на остывшем пепле, вглядываемся в стареющие звезды и
вспоминаем красоту и блеск Вселенной. Взрыв суперновой или гигантский взрыв
галактики - ничтожные явления в сравнении с большим взрывом.
Рождение сверхгалактик и скоплений
галактик
Во время эры излучения продолжалось стремительное расширение
космической материи, состоящей из фотонов, среди которых встречались
свободные протоны или электроны и крайне редко - альфа-частицы. (Не надо
забывать, что фотонов было в миллиард раз больше чем протонов и
электронов). В период эры излучения протоны и электроны в основном
оставались без изменений, уменьшалась только их скорость. С фотонами дело
обстояло намного сложнее. Хотя скорость их осталась прежней, в течение эры
излучения гамма-фотоны постепенно превращались в фотоны рентгеновские,
ультрафиолетовые и фотоны света. Вещество и фотоны к концу эры остыли уже
настолько, что к каждому из протонов мог, присоединится один электрон. При
этом происходило излучение одного ультрафиолетового фотона (или же
нескольких фотонов света) и, таким образом, возник атом водорода. Это была
первая система частиц во Вселенной.
С возникновением атомов водорода начинается звездная эра - эра
частиц, точнее говоря, эра протонов и электронов.
Вселенная вступает в звездную эру в форме водородного газа с огромным
количеством световых и ультрафиолетовых фотонов. Водородный газ расширялся
в различных частях Вселенной с разной скоростью. Неодинаковой была также и
его плотность. Он образовывал огромные сгустки, во много миллионов световых
лет. Масса таких космических водородных сгустков была в сотни тысяч, а то и
в миллионы раз больше, чем масса нашей теперешней Галактики. Расширение
газа внутри сгустков шло медленнее, чем расширение разреженного водорода
между самими сгущениями. Позднее из отдельных участков с помощью
собственного притяжения образовались сверхгалактики и скопления галактик.
Итак, крупнейшие структурные единицы Вселенной - сверхгалактики - являются
результатом неравномерного распределения водорода, которое происходило на
ранних этапах истории Вселенной.
Рождение галактик
Колоссальные водородные сгущения - зародыши сверх галактик и
скоплений галактик - медленно вращались. Внутри их образовывались вихри,
похожие на водовороты. Их диаметр достигал примерно ста тысяч световых лет.
Мы называем эти системы протогалактиками, т.е. зародышами галактик.
Несмотря на свои невероятные размеры, вихри протогалактик были всего лишь
ничтожной частью сверхгалактик и по размеру не превышали одну тысячную
сверхгалактики. Сила гравитации образовывала из этих вихрей системы звезд,
которые мы называем галактиками. Некоторые из галактик до сих пор
напоминают нам гигантское завихрение.
Астрономические исследования показывают, что скорость вращения
завихрения предопределила форму галактики, родившейся из этого вихря.
Выражаясь научным языком, скорость осевого вращения определяет тип будущей
галактики. Из медленно вращающихся вихрей возникли эллиптические галактики,
в то время как из быстро вращающихся родились сплющенные спиральные
галактики.
В результате силы тяготения очень медленно вращающийся вихрь сжимался
в шар или несколько сплюнутый эллипсоид. Размеры такого правильного
гигантского водородного облака были от нескольких десятков до нескольких
сотен тысяч световых лет. Нетрудно определить, какие из водородных атомов
вошли в состав рождающейся эллиптической, точнее говоря эллипсоидальной
галактики, а какие остались в космическом пространстве вне нее. Если
энергия связи сил гравитации атома на периферии превышала его кинетическую
энергию, атом становился составной частью галактики. Это условие называется
критерием Джинса. С его помощью можно определить, в какой степени зависела
масса и величина протогалактики от плотности и температуры водородного
газа.
Протогалактика, которая вообще не вращалась, становилась
родоначальницей шаровой галактики. Сплющенные эллиптические галактики
рождались из медленно вращающихся протогалактик. Из-за недостаточной
центробежной силы преобладала сила гравитационная. Протогалактика сжималась
и плотность водорода в ней возрастала. Как только плотность достигала
определенного уровня, начали выделятся и сжимается сгустки водорода.
Рождались протозвезды, которые позже эволюционировали в звезды. Рождение
всех звезд в шаровой или слегка приплюснутой галактике происходило почти
одновременно. Этот процесс продолжался относительно недолго, примерно сто
миллионов лет. Это значит, что в эллиптических галактиках все звезды
приблизительно одинакового возраста, т.е. очень старые. В эллиптических
галактиках весь водород был исчерпан сразу же в самом начале, примерно в
первую сотую существования галактики. На протяжении последующих 99 сотых
этого периода звезды уже не могли возникать. Таким образом, в эллиптических
галактиках количество межзвездного вещества ничтожно.
Спиральные галактики, в том числе и наша, состоят из очень старой
сферической составляющей ( в этом они похожи на эллиптические галактики) и
из более молодой плоской составляющей, находящейся в спиральных рукавах.
Между этими составляющими существует несколько переходных компонентов
разного уровня сплюснутости, разного возраста и скорости вращения. Строение
спиральных галактик, таким образом, сложнее и разнообразнее, чем строение
эллиптических. Спиральные галактики кроме этого вращаются значительно
быстрее, чем галактики эллиптические. Не следует забывать, что они
образовались из быстро вращающихся вихрей сверхгалактики. Поэтому в
создании спиральных галактик участвовали и гравитационная и центробежная
силы.
Если бы из нашей галактики через сто миллионов лет после ее
возникновения (это время формирования сферической составляющей) улетучился
весь межзвездный водород, новые звезды не смогли бы рождаться, и наша
галактика стала бы эллиптической.
Но межзвездный газ в те далекие времена не улетучился, и, таким
образом гравитация и вращение могли продолжать строительство нашей и других
спиральных галактик. На каждый атом межзвездного газа действовали две силы
- гравитация, притягивающая его к центру галактики и центробежная сила,
выталкивающая его по направлению от оси вращения. В конечном итоге газ
сжимался по направлению к галактической плоскости. В настоящее время
межзвездный газ сконцентрирован к галактической плоскости в весьма тонкий
слой. Он сосредоточен прежде всего в спиральных рукавах и представляет
собой плоскую или промежуточную составляющую, названную звездным населением
второго типа.
На каждом этапе сплющивания межзвездного газа во все более
утончающийся диск рождались звезды. Поэтому в нашей галактике можно найти,
как старые, возникшие примерно десять миллиардов лет назад, так и звезды
родившиеся недавно в спиральных рукавах, в так называемых ассоциациях и
рассеянных скоплениях. Можно сказать, что чем более сплющена система, в
которой родились звезды, тем они моложе.
Происхождение Солнечной системы“
Вот уже два века проблема происхождения Солнечной системы волнует
выдающихся мыслителей нашей планеты. Этой проблемой занимались, начиная от
философа Канта и математика Лапласа, плеяда астрономов и физиков XIX и XX
столетий.
И все же мы до сих пор довольно далеки от решения этой проблемы. Но за
последние три десятилетия прояснился вопрос о путях эволюции звезд. И хотя
детали рождения звезды из газово-пылевой туманности еще далеко не ясны, мы
теперь четко представляем, что с ней происходит на протяжении миллиардов
лет дальнейшей эволюции.
Переходя к изложению различных космогонических гипотез, сменявших одна
другую на протяжении двух последних столетий, начнем с гипотезы великого
немецкого философа Канта и теории, которую спустя несколько десятилетий
независимо предложил французский математик Лаплас. Предпосылки к созданию
этих теорий выдержали испытание временем.
Точки зрения Канта и Лапласа в ряде важных вопросов резко отличались.
Кант исходил из эволюционного развития холодной пылевой туманности, в ходе
которого сперва возникло центральное массивное тело - будущее Солнце, а
потом планеты, в то время как Лаплас считал первоначальную туманность
газовой и очень горячей с высокой скоростью вращения. Сжимаясь под
действием силы всемирного тяготения, туманность, вследствие закона
сохранения момента количества движения, вращалась все быстрее и быстрее. Из-
за больших центробежных сил от него последовательно отделялись кольца.
Потом они конденсировались, образуя планеты.
Таким образом, согласно гипотезе Лапласа, планеты образовались раньше
Солнца. Однако, несмотря на различия, общей важной особенностью является
представление, что Солнечная система возникла в результате закономерного
развития туманности. Поэтому и принято называть эту концепцию “гипотезой
Канта-Лапласа”.
Однако эта теория сталкивается с трудностью. Наша Солнечная система,
состоящая из девяти планет разных размеров и масс, обладает особенностью:
необычное распределение момента количества движения между центральным телом
- Солнцем и планетами.
Момент количества движения есть одна из важнейших характеристик всякой
изолированной от внешнего мира механической системы. Именно как такую
систему можно рассмотреть Солнце и окружающие его планеты. Момент
количества движения можно определить как “запас вращения” системы. Это
вращение складывается из орбитального движения планет и вращения вокруг
осей Солнца и планет.
Львиная доля момента количества движения Солнечной системы
сосредоточена в орбитальном движении планет-гигантов Юпитера и Сатурна.
С точки зрения гипотезы Лапласа, это совершенно непонятно. В эпоху,
когда от первоначальной, быстро вращающейся туманности отделилось кольцо,
слои туманности, из которых потом сконденсировалось Солнце, имели (на
единицу массы) примерно такой же момент, как вещество отделившегося кольца
(так как угловые скорости кольца и оставшихся частей были примерно
одинаковы), так как масса последнего была значительно меньше основной
туманности (“протосолнца”), то полный момент количества движения кольца
должен быть много меньше, чем у “протосолнца”. В гипотезе Лапласа
отсутствует какой-либо механизм передачи момента от “протосолнца” к кольцу.
Поэтому в течение всей дальнейшей эволюции момент количества движения
“протосолнца”, а затем и Солнца должен быть много больше, чем у колец и
образовавшихся из них планет. Но этот вывод противоречит с фактическим
распределением количества движения между Солнцем и планетами.
Для гипотезы Лапласа эта трудность оказалась непреодолимой.
Остановимся на гипотезе Джинса, получившей распространение в первой
трети текущего столетия. Она полностью противоположна гипотезе Канта-
Лапласа. Если последняя рисует образование планетарных систем как
единственный закономерный процесс эволюции от простого к сложному, то в
гипотезе Джинса образование таких систем есть дело случая.
Исходная материя, из которой потом образовались планеты, была
выброшена из Солнца (которое к тому времени было уже достаточно “старым” и
похожим на нынешнее) при случайном прохождении вблизи него некоторой
звезды. Это прохождение был настолько близким, что его можно рассматривать
практически как столкновение. Благодаря приливным силам со стороны
налетевшей на Солнце звезды, из поверхностных слоев Солнца выброшена струя
газа. Эта струя останется в сфере притяжения Солнца и после того, как
звезда уйдет от Солнца. Потом струя сконденсируется и даст начало планетам.
Если бы гипотеза Джинса была правильной, число планетарных систем,
образовавшихся за десять миллиардов лет ее эволюции, можно было пересчитать
по пальцам. Но планетарных систем фактически много, следовательно, эта
гипотеза несостоятельна. И ниоткуда не следует, что выброшенная из Солнца
струя горячего газа может сконденсироваться в планеты. Таким образом,
космологическая гипотеза Джинса оказалась несостоятельной.
Выдающийся советский ученый О.Ю.Шмидт в 1944 году предложил свою
теорию происхождения Солнечной системы: наша планета образовалась из
вещества, захваченного из газово-пылевой туманности, через которую некогда
проходило Солнце, уже тогда имевшее почти “современный” вид. При этом
никаких трудностей с вращением момента планет не возникало, так как
первоначально момент вещества облака может быть сколь угодно большим.
Начиная с 1961 года эту гипотезу развивал английский космогонист Литтлтон,
который внес в нее существенные улучшения. По обеим гипотезам “почти
современное” Солнце сталкивается с более или менее “рыхлым” космическим
объектом, захватывая части его вещества. Тем самым образование планет
связывается с процессом звездообразования.
Заключение
Изложенные выше направления поиска свидетельств существования
антропоморфной цивилизации во Вселенной основываются на ряде теоретических
положений о возникновении и закономерностях развития цивилизаций. Эти
положения можно сформулировать так:
1) жизнь во Вселенной возникает непрерывно, начиная с образования звезд
второго поколения, т.е. примерно в течение последних 12 млрд лет;
2) внеземные космические цивилизации возникают эволюционным путем
непрерывно последние ~8 млрд. лет;
3) существует закон неограниченной экспансии разумной жизни, т.е.
стремление исследовать и занять максимальное пространство;
4) цивилизации достигают уровня, при котором возможна практически
неограниченная скорость непрерывного производства энергии.
Первое положение основывается на молчаливо общепринятом мнении, что жизнь
как функция материи возникает непрерывно по мере достижения определенной
организации материи во Вселенной в ее эволюционном развитии. Начало этого
процесса после Большого взрыва определяется сроками синтеза всего набора
тяжелых элементов и образования звезд с планетами. Как уже говорилось,
космология дает для возраста Вселенной ~15 млрд. лет. Трех миллиардов лет
по теоретическим моделям вполне хватает для образования водородно-гелиевых
звезд первого поколения, синтеза внутри них тяжелых элементов, рассеяния и
конденсации в звезды второго поколения с планетами. Отсюда получается, что
начавшийся после этого период, когда стало возможным возникновение жизни,
длится уже ~12 млрд. лет.
После этого начинается эволюционное развитие форм жизни около каждой
из звезд, где она возникла, от клетки до технологической цивилизации, на
что на Земле ушло около 4 млрд. лет. Принимая этот срок за некоторую
среднюю оценку, необходимую для возникновения разума и цивилизации,
получаем второе положение, которое, как видно, является переносом земного
опыта на всю Вселенную. Это может быть основано только на убеждении, что
законы эволюции живого, установленные эволюционной биологией, являются
универсальными и действуют во всей Вселенной.
Третье и четвертое положения, по существу, тоже основаны на земном
опыте. Закон неограниченной экспансии жизни для простейших ее форм являются
внутренним (неосознанным) императивом. Для разумных социальных форм жизни в
естественный процесс экспансии вмешиваются начала разумного регулирования,
т.е. цели и другие социально-экономические категории. Вместе с этим
возникают и новые мощные импульсы экспансии разума, такие, как познание
Вселенной.
Четвертое положение - результат достижений науки и технологии
последних десятилетий. Овладение термоядерной энергией позволяет иметь
практически неограниченные возможности производства любых видов энергии.
Наша цивилизация находится на пороге этого качественно нового рубежа своего
развития.
Непрерывность возникновения жизни и цивилизаций во Вселенной, а также
возможность производства неограниченных количеств энергии были главными
теоретическими положениями, на которых строились выводы о существовании
ярких свидетельств деятельности космических цивилизаций во Вселенной [7].
Действительно, неограниченные возможности энергопроизводства и большое
время жизни в технологической фазе старых цивилизаций до пускают все, что
только не противоречит законам природы (физики, химии, биологии и др.).
Возможно создание гигантских астроинженерных сооружений, посылка мощнейших
электромагнитных сигналов на всю Вселенную, даже передвижение звезд, их
столкновения, взрывы и т.п. Одним словом, возможна перестройка всей
Галактики.
Ряд исследователей считают, что раз это но запрещено законами физики,
то многие из этих возможностей обязательно должны быть осуществлены. Это
положение привело выводы теории к резкому расхождению с наблюдательными
данными. Выводы теории приводят к неизбежной колонизации Галактики,
существованию "космических чудес", связанных с космической деятельностью
сверх цивилизаций, существованию мощных электромагнитных сигналов, легко
принимаемых на простейшие средства, которыми, например, владеют даже
младенческие цивилизации, только что достигшие технологической фазы
развития, вроде нашей земной цивилизации и т.п. Ничего похожего не
наблюдается, даже специальные поиски сигналов не дали положительных
результатов. Космос молчит - так резюмируется в настоящее время отсутствие
каких-либо свидетельств существования ВЦ выше порога наблюдательных
возможностей, достигнутых нашей цивилизацией.
Отсюда, вообще говоря, можно сделать один из трех выводов: либо
неверна теория, либо недостаточны наблюдательные данные, или же теория
верна, но внеземных цивилизаций нет вообще, а наша цивилизация уникальна и
единственна, по крайней мере в нашей Галактике. Этот последний радикальный
вывод был сделан сначала Хартом, затем И.С. Шкловским [1]. Выдвигались и
другие, менее радикальные утверждения о том, что цивилизации, достигнув
технологической фазы, быстро погибают, например от загрязнения окружающей
среды, ядерной войны и т.п., не успевая решить проблемы связи с другими
цивилизациями и освоить другие звездные системы и галактики.
Утверждение об уникальности земной цивилизации фактически вступает в
конфликт с приведенными выше выводами науки о множественности подходящих
мест для возникновения и развития жизни во Вселенной и о большой
вероятности возникновения там жизни путем той же химической и биологической
эволюции. Нам представляется, что, скорее всего, неверны некоторые
положения теории возникновения и развития жизни и цивилизаций [4, 8, 9].
Прежде всего, думается, надо отказаться от положения, что все не
запрещенное физическим законом будет обязательно реализовано. Надо искать
предельные возможности в развитии цивилизации, определяемые не только
физическими, но и биологическими и социальными требованиями. Это очень
сложно и кажется полностью неопределенным, поскольку социальные
закономерности вряд ли могут быть предсказаны на астрономические сроки. Для
цивилизации важны такие категории, как цель, целесообразность, затраты
труда, времени, энергии и материальных ресурсов.
Однако практически все указанные категории связаны с
энергопроизводством и, что ценно, могут быть выражены через него
количественно. Энергопроизводство определяет материальный и духовный
прогресс общества. Возможности цивилизации целиком будут определяться
возможностями энергопроизводства. Имеются ли здесь безграничные
возможности, как это считается рядом исследователей?
Список литературы
1. В.В. Кесарев «Эволюция вещества во вселенной»,
2 .Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука, 1980.
3.Внеземные цивилизации: Тр. Бюракан. симпоз., 1964 г.
4.Проблема поиска внеземных цивилизаций. М.: Наука, 1981.
5.Трицкий В.С. - Земля и Вселенная, 1981, N 1, с. 63-65.
6.Астрономия, методология, мировоззрение, М.: Наука, 1979.
| |
