С. Афонькин - Космос. Школьный путеводитель

• Название: Космос. Школьный путеводитель
• Автор: С. Афонькин
• Жанр: Науки о космосе
• Год: 2007

Как устроена Вселенная? Что такое планеты и звезды? Каковы размеры нашей галактики? Ответы на эти и многие другие вопросы ты найдешь в книге, которую держишь в руках. Красочные иллюстрации помогут тебе представить всю необозримость и красоту мира, в котором мы живем. Для среднего и старшего школьного возраста.

---

ТАИНСТВЕННОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ

Отчего Земля двигается вокруг Солнца по своей орбите? Отчего она не улетает от него в бездонную глубину космоса или не падает на наше светило? Это объясняется действием центробежной силы. Именно она заставляет отклоняться подвесные сиденья на вращающейся карусели. Под воздействием центробежной силы камень вылетает из раскрученной пращи («убегает» от ее центра). Эта сила тем больше, чем массивнее вращающееся тело и выше его скорость.

Именно центробежная сила не позволяет нашей планете упасть на Солнце. Однако что же играет роль веревки, удерживающей ее на орбите? Впервые ответить на этот вопрос смог в XVII веке знаменитый английский физик Исаак Ньютон. Согласно легенде он однажды увидел падение яблока в саду. Из этого обычного явления Ньютон сделал гениальное обобщение, сформулировав закон всемирного тяготения. Не только Земля притягивает к себе яблоко. Все тела притягиваются друг к другу! Яблоко тоже воздействует на Землю. Однако сила этого притяжения так мала, что не оказывает практически никакого влияния на движение нашей массивной планеты.

Силу тяготения иначе называют силой гравитации (лат. gravitas — «тяжесть»). Чем массивнее тела, тем с большей силой они притягиваются друг к другу. Сила тяготения зависит и от расстояния между телами. Чем оно меньше, тем сильнее гравитация. Человек и стоящая перед ним на столе чашка притягиваются друг к другу. Поскольку массы этих двух тел невелики, человек не чувствует силы притяжения к чашке, а чашка никогда не сдвинется под воздействием этой силы со своего места. Иное дело Солнце и Земля.

Диаметр Солнца составляет более миллиона километров, а для того чтобы выразить его массу в миллионах тонн, потребуется цифра с двадцатью нулями. Неудивительно, что такое гигантское тело цепко удерживает нашу планету посредством силы притяжения. По сравнению с Солнцем наша планета обладает крошечной массой. Поэтому Земля, хотя и притягивает к себе Солнце, воздействие этой силы на небесное светило почти не сказывается.

Для того чтобы улететь с Земли в космическое пространство, необходимо преодолеть силу ее притяжения. Наша планета с помощью этой силы удерживает свою атмосферу. Газы, из которых состоит Солнце, притягиваются к центру светила, где возникает чудовищное давление. В результате начинается термоядерный синтез и выделяется гигантская энергия, которая может разорвать Солнце как бомбу. Однако взрыва не происходит, поскольку силы притяжения постоянно стягивают внешние слои Солнца по направлению к его центру.

С гравитацией мы имеем дело в течение всей жизни. Вместе с тем, несмотря на распространенность и обыденность гравитации, она не становится от этого понятной. Действительно, с чего бы тела, никак не связанные друг с другом, должны друг друга притягивать?

Ответить на этот вопрос попытался великий физик XX века Альберт Эйнштейн. Он предположил, что любые тела меняют окружающее их пространство. Пусть у нас имеется большой кусок толстой резиновой пленки. Растянем ее, а в центр положим тяжелый железный шар. Он прогнет пленку, и вокруг него возникнет что-то вроде неглубокой лунки. Если теперь положить на край пленки маленький шарик, он покатится прямо в лунку, то есть будет «притягиваться» центральным шаром. Если катануть шарик по поверхности изогнутой пленки, придав ему некоторую начальную скорость, он может и не скатиться в лунку, а лишь изменит направление своего движения, прокатившись по ее краю. Именно так меняют траекторию своего движения быстро двигающиеся космические тела, попавшие в зону притяжения планет или Солнца.

Разумеется, это всего лишь наглядная модель идеи, которую предложил Альберт Эйнштейн. Мы не можем ни увидеть, ни почувствовать, как такие массивные тела, как Земля или Солнце, искривляют вокруг себя пространство. Однако движение небесных тел убедительно доказывает, что такое явление действительно существует. Массивное Солнце создает вокруг себя нечто вроде пространственной «лунки». Земля двигается по ее краю и не падает в нее благодаря центробежной силе.

С этой точки зрения пространство, в том числе космическое, — не просто пустота, в которой ничего нет. Физики, изучающие вакуум (лат. vacuum — «пустота»), утверждают, что это пространство имеет сложное строение и даже может порождать отдельные частицы, из которых состоят атомы.

РОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Силы тяготения играли решающую роль в образовании нашей Солнечной системы. Впервые всерьез задумываться о том, как могли образоваться Солнце и вращающиеся вокруг него планеты, стал немецкий философ Иммануил Кант. В 1755 г. он опубликовал свое сочинение «Всеобщая естественная история и теория неба», в котором предполагал, что Солнечная система возникла из первоначальной туманности. Говоря современным языком — из гигантского газопылевого облака.

Во времена Канта многие люди верили, что Вселенную создал бог, и с тех пор она существует в неизменном виде. Кант впервые заговорил о космогонии (греч. kosmogonia — «происхождение мира»), то есть стал рассматривать Солнечную систему в ее развитии. Он осторожно утверждал, что для образования Солнца и планет достаточно первичного материала, а также сил, которые открыл и описал физик Исаак Ньютон, в частности силы тяготения. Божественного вмешательства в процесс образования Солнечной системы не требуется. Для времени, в котором жил Кант, это была очень смелая мысль.

Современные взгляды на происхождение нашего Солнца и окружающих его планет во многом похожи на теорию Канта. Ученые предполагают, что около 5 миллиардов лет назад на месте Солнечной системы существовало гигантское облако пыли и газов, растянувшееся в пространстве почти на 6 миллиардов километров. Астрономы доказали, что подобные газопылевые облака до сих пор существуют в некоторых уголках безбрежного космоса. Такие облака состоят в основном из водорода и гелия — то есть из газов, образующих и наше светило. На долю остальных веществ приходятся две сотые доли массы газопылевого облака. Размер «пылинок» в газовых облаках измеряется тысячными долями миллиметра.

Несмотря на необычайную легкость водорода и гелия, эти газы все же обладают массой. Поэтому со временем уже знакомые тебе силы притяжения постепенно начали «стягивать» допланетное облако в более плотное образование. В его середине образовалось гигантское центральное тело, а само облако стало плоским, похожим на диск, и начало вращаться. Причину этого все ускоряющегося кругового движения понять несложно. Когда кружащаяся фигуристка прижимает к себе руки, скорость ее вращения резко возрастает. Примерно то же происходило и в сжимающемся газопылевом облаке. По мере уменьшения его размеров небольшое движение сгущающегося газа становилось все более интенсивным.

Когда давление и температура внутри центрального тела достигли критических величин, началась термоядерная реакция. Так, более 4,5 миллиардов лет назад «зажглось» наше Солнце. Из вращающихся вокруг него остатков облака постепенно сформировались более плотные кольца. В каждом из них образовался «сгусток», который позже стал планетой. Ученые считают, что процесс образования планет в нашей Солнечной системе длился около 100 миллионов лет.

Если бросить в стакан с водой смесь песка и жидкой глины, массивные песчинки быстро упадут на дно, а легкие частицы еще долго будут плавать в виде взвеси. Примерно такой же процесс происходил и при формировании планет Солнечной системы. В результате действия сил тяготения более тяжелые вещества оказывались в центре планеты, формируя ее ядро. Снаружи оставались более легкие газы. Своим горячим дыханием Солнце буквально «сдуло» эту первичную газовую оболочку с ближайших к нему планет. Так образовались первые четыре относительно маленькие планеты Солнечной системы — Меркурий, Венера, Земля и Марс. Остальные планеты располагались настолько далеко от Солнца, что сохранили свою первичную «газовую шубу». Планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун состоят в основном из газов. Исключение составляет, пожалуй, самая последняя планета Солнечной системы — Плутон. Она совсем невелика по размерам, хотя и она, как и остальные ее гигантские собратья, состоит из газа.

ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ ЗВЕЗДЫ

Наше Солнце светит вот уже более 4,5 миллиардов лет, постоянно расходуя свое «ядерное топливо» — водород. Очевидно, что как бы ни были велики его запасы, рано или поздно этот ресурс будет исчерпан. Когда же это произойдет, и что тогда случится с нашим светилом? Астрономы, изучающие звезды, могут ответить на эти вопросы. Ведь в космосе существуют звезды-патриархи, которые на 8-10 миллиардов лет старше нашего Солнца. Встречаются и совсем юные звездочки, которым от роду не более нескольких миллионов лет. Следовательно, наблюдая за состоянием различных звезд во Вселенной, можно понять, как они ведут себя с течением времени. Так, опытный наблюдатель-инопланетянин, исследуя на Земле детей, взрослых и стариков, может понять, какие изменения происходят с людьми во времени.