Астраномія
Выдавец: Выдавецтва БДУ
Памер: 224с.
Мінск 2003
VIII
лёс Сусвету давядзецца карэн-ным чынам перагледзець у бу-дучыні.
Пры дапамозе касмічнага рэнтгенаўскага тэлескопа «Чанд-ра» ў 2002 г. былі атрыманы но-выя доказы існавання ў Сусвеце цёмнай матэрыі. На зробленых пры яго дапамозе рэнтгенаўскіх здымках далёкай галактыкі NGC 720 выразна відаць воблака гарачага газу, якое яе абкружае (рыс. 30.4). Аднак арыентацыя
Рыс. 30.4. Рэнтгенаўскі здымак галактыкі
NGC 720, зроблены тэлескопам «Чандра»
190
БУДОВА I ЭВАЛЮЦЫЯ СУСВЕТУ
VIII
гэтага воблака ў прасторы не супадае з арыентацыяй самой галак-тыкі, заўважанай на здымку, зробленым у дыяпазоне бачнага свят-ла. Галактыка NGG 720 знаходзіцца ў 80 млн светлавых гадоў ад Зямлі. Незвычайная канфігурацыя воблака тлумачыцца тым, што яно абкружана абалонкай з цёмнай матэрыі. У процілеглым вы-падку газавае воблака павінна было б расшырацца.
У адпаведнасці з фізічнай тэорыяй гравітацыі, без цёмнай матэрыі галактыкі развальваліся б на часткі, а зоркі абарачалі-ся б па зусім іншых арбітах. Цёмная матэрыя складаецца з часці-нак, якія павольна рухаюцца і ўзаемадзейнічаюць як адна з адной, так і з «нармальнай» матэрыяй пры дапамозе гравіта-цыйных уздзеянняў.
3. Мадэль гарачага Сусвету. У аснове сучаснай астранамічнай карціны эвалюцыі Сусвету ляжыць мадэль гарачага Сусвету. У адпа-веднасці з ёй, на ранніх стадыях расшырэння Сусвет характарыза-ваўся не толькі высокай шчыльнасцю рэчыва, але і яго высокай тэмпературай. Гіпотэзу пра «гарачы Сусвет» прапанавалі Ж. Леметр і Г. А. Гамаў. Яна атрымала назву тэорыі Вялікага выбуху.
Паводле гэтай тэорыі дапускаецца, што Сусвет узнік спантан-на ў выніку выбуху са стану з вельмі высокай шчыльнасцю ма-тэрыі, якая мае велізарную энергію. Гэты пачатковы стан матэ-рыі называецца сінгулярнасцю — кропкавы аб’ём з бясконца вялікай шчыльнасцю. Расшырэнне Сусвету нельга разглядаць як расшырэнне звышшчыльнай напачатку матэрыі ў навакольную пустату, таму што навакольнай пустаты не было. Сусвет — гэта ўсё, што існуе. Рэчыва Сусвету з самага пачатку аднародна запаў-няла ўсю бязмерную прастору. I хоць ціск быў вялізным, ён не ствараў расшыральнай сілы, таму што быў усюды аднолькавы. Прычыны пачатку расшырэння Сусвету да канца не вядомы. Па меры яго расшырэння тэмпература падала ад вельмі высокай да вельмі нізкай, што і забяспечыла спрыяльныя ўмовы для ўтварэн-
ня зорак і галактык.
Мадэль гарачага Сусвету атрымала эксперыментальнае пацвяр-джэнне пасля адкрыцця ў 1965 г. мікрахвалевага фонавага выпра-мянення. Было выяўлена, што з касмічнай прасторы бесперапын-на прыходзіць радыёвыпрамяненне вельмі кароткіх даўжынь хваль. Яно зыходзіць не з асобных крыніц, а адусюль, з кожнага пункта неба. Гэта выпрамяненне запаўняе прастору паміж зоркамі і галактыкамі і названа рэліктавым, г. зн. старажытным, рэштка-вым. Паводле сучасных уяўленняў, рэліктавае выпрамяненне ўзнікла на раннім этапе расшырэння Сусвету, калі яшчэ не існа-валі зоркі і галактыкі. Найважнейшай уласцівасцю гэтага выпрамя-нення з’яўляецца тое, што размеркаванне энергіі ў яго спектры падоб-
191
нае на размеркаванне энергіі ў спектры абсалютна чорнага цела з тэмпературай 2,7 К. Максімум выпрамянення прыпадае на даў-жыню хвалі 1,1 мм.
На падставе мадэлей Фрыдмана распрацавана паэтапная фізічная карціна эвалюцыі рэчыва пачынаючы з моманту выбуху (рыс. 30.5). Крыху больш чым праз тры мінуты фарміраванне ранняга Сусвету скончылася і пачаўся працэс злучэння пратонаў і нейтронаў у састаўныя ядры. Потым амаль 500 тыс. гадоў доў-жылася павольнае астыванне. Калі тэмпература Сусвету памен-шылася прыблізна да 3 тыс. градусаў, ядры вадароду і гелію ўжо маглі захопліваць свабодныя электроны і ператварацца ў нейт-ральныя атамы. Праз мільён гадоў пасля пачатку расшырэння надышла эра рэчыва, калі з гарачай вадародна-геліевай плазмы з малой прымессю іншых ядзер пачала развівацца разнастайнасць
2
сучаснага свету.
Неаднароднасці ў Сусвеце, з якіх у далейшым узніклі ўсе структурныя ўтварэнні, зарадзіліся ў выглядзе мізэрных выпадко-вых адхіленняў (флуктуацый), а потым узмацніліся ў эпоху, калі
іанізаваны газ у Сусвеце пачаў ператварацца ў нейтральны, г. зн.
калі выпрамяненне адарвалася
Пасля таго як рэчыва зрабі-лася празрыстым для электра-магнітнага выпрамянення, у дзе-янне ўступілі гравітацыйныя сілы. Яны пачалі пераважаць над усімі іншымі ўзаемадзеян-нямі паміж масамі практычна нейтральнага рэчыва, якое складала асноўную частку матэ-рыі Сусвету. Гравітацыйныя сілы стварылі галактыкі, скопі-шчы, зоркі і планеты.
Які лёс Сусвету? Існуе дзве тэарэтычныя мадэлі яго будуча-га — «закрытая» і «адкрытая».
«Закрытая» мадэль дапус-кае, што Сусвет можа быць прадстаўлены як грандыёзная закрытая сістэма, якая зазнае мноства эвалюцыйных цыклаў. Цыкл расшырэння змяняецца
ад рэчыва і стала рэліктавым.
Сінгулярнасць Вялікага выбуху
Рыс. 30.5. Схема развіцця Сусвету ад Вялікага выбуху да нашага часу
цыклам наступнага сціскання да вяртання ў сінгулярны стан,
192
потым новы выбух і г. д. Поўны цыкл расшырэння і сціскання Су-свету складае прыблізна 100 млрд гадоў. Кожны раз, вяртаючыся да сінгулярнасці, Сусвет губляе «памяць» пра мінулы стан і можа зноў «нарадзіцца» з зусім новым наборам канстант.
У «адкрытых» мадэлях Сусвету разглядаюцца розныя варыянты яго «цеплавой смсрці». Дапускаецца, што ўжо цераз 1014 гадоў шмат якія зоркі астынуйь, і гэта ў далсйшым прывядзе да адрыву планет ад сваіх зорак, а тыя, у сваю чаргу, пачнуць пакідаць га-лактыкі.
Інфляйыйная мадэль, распрацаваная А. Ліндэ і інш., сцвяр-джае, што Сусвет складаецца з мноства ізаляваных светаў — даме-наў. Гэтыя вобласці ўзніклі як вінаградная гронка з Вялікага вы-буху. Кожны міні-сусвет можа мсць свае непаўторныя ўмовы, якія будуць невядомыя і нсспасцігальныя для суседняга. Уся бачная намі Метагалактыка ўяўляе сабой толькі адзін дамен.
VIII
Пытанні і практыкаванні
1. У чым адрозненне Метагалактыкі ад Сусвету? 2. Апішыце прасто-равае размеркаванне галактык у Сусвеце. 3. Як тлумачыцца чырвонае зрушэнне, і пра што яно сведчыць? 4. У чым сутнасвь тэорыі расшыраль-нага Сусвету? 5. Да якіх вывадаў пра стацыянарнасць Сусвету прыйшоў A. А. Фрыдман? 6. Што такое крытычная шчыльнасвь Сусвету? Як кры-тычная шчыльнасць узаемазвязана з расшырэннем і сцісканнем Сусвету? 7. Апішыце мадэль гарачага Сусвету. 8. Што такое рэліктавае выпрамя-ненне? Якое яго паходжанне? 9. Што разумеюць пад «закрытымі» і «ад-крытымі» мадэлямі Сусвету?
31.
ЖЫЦЦЁ I РОЗУМ У СУСВЕЦЕ
1. Антропны прынцып і праблемы існавання разумных цывіліза-цый. Сутнасць антропнага прынцыпу заключаецца ў тым, что з’яўлен-не жыцця, розуму ёсць неад’емная частка Сусвету, натуральны вынік яго эвалюцыі. Наш Сусвет надзвычай прыстасаваны да ўзнікнення і развіцця ў ім жыцця. Так, з бясконцай разнастайнасці пачатковых умоў і значэнняў фізічных пастаянных, якія, магчыма, узнікалі ў раннім Сусвеце, рэалізаваліся толькі прыдатныя для існа-вання разумнага жыцця.
Прывядзем некалькі прыкладаў.
I. Мы жывем у прасторы трох вымярэнняў. Але толькі ў та-кой прасторы магчымы ўстойлівыя планетныя рухі (гравітацый-
193
нае ўзаемадзеянне) і існаванне атамаў (электрамагнітнае ўзаема-дзеянне).
2. Калі б гравітацыйная пастаянная была ў некалькі разоў боль-шая, то час жыцця Сонца як устойлівага гарачага плазменнага шара вымяраўся б некалькімі дзесяткамі мільёнаў гадоў.
3. Калі б маса электрона была ў 3 разы большая за сучасную, то час жыцця пратона быў бы малым. Пры ўзаемадзеянні пратона з электронам пратон распадаўся б на нейтрон і нейтрына. Тады зоркі і галактыкі складаліся б з нейтронаў, а больш складаных форм рэ-чыва не існавала б.
4. Калі б сярэдняя шчыльнасць рэчыва ў Сусвеце была значна меншая, то сілы інерцыі (разлёту) пераважалі б над сіламі прыцяг-нення. Таму не паспелі б утварыцца зоркі і галактыкі.
I гэты ілюстрацыйны рад можна прадоўжыць. Такім чынам, выснова адна: наш Сусвет уяўляе сабой звязанае адзінае цэлае, узгодненую сістэму, надзвычай прыстасаваную да ўзнікнення жыцця. Іншыя сусветы з іншымі фізічнымі параметрамі раз-віваліся б, як адзначыў савецкі касмолаг А. Л. Зяльманаў, без сведак.
2. Пошукі жыцця ў Сонечнай сістэме. Цікавасць да іншых форм жыцця ў Сонечнай сістэме не давала спакою чалавецтву з даўніх часоў. Калісьці людзі думалі, што населены ўсе планеты, нават Ме-сяц. Але чым больш даследчыкі даведваліся пра планеты, тым менш аптымістычнымі рабіліся іх прагнозы. У выніку галоўнымі «прэтэндэнтамі» засталіся толькі Венера і Марс. Аднак вывучэнне паверхні Венеры паказала, што нішто жывое не можа выжыць на гэтай планеце. Тады ўсе надзеі пачалі звязваць з самай загадкавай планетай — Марсам.
Галоўная мэта палётаў аўтаматычных арбітальна-пасадачных станцый «Вікінг» да Марса заключалася ў пошуку жыцця на гэтай планеце. Было выканана некалькі складаных біялагічных эксперы-ментаў, і ўсе яны далі станоўчы вынік. Аднак вучоныя засумнява-ліся: у працэсе аналізу марсіянскага грунту не было выяўлена ніякіх слядоў арганічных злучэнняў — прадуктаў жыццядзейнасці мікраарганізмаў. Для параўнання: пры такіх жа пробах антарктыч-нага грунту ўдалося знайсці значную колькасць выкапнёвых арга-нічных злучэнняў.
У 1976 г. станцыя «Вікінг» перадала на Зямлю фатаграфію загад-кавага аб’екта (з зоны Сідонія), памерам каля паўтара кіламетра, які назвалі «галавой сфінкса» (рыс. 31.1). Была прапанавана гіпотэза, што гэта архітэктурнае збудаванне старажытнай цывілізацыі. Але даследчыкі Марса заявілі: гэта прыродны аб’ект. Спрэчкі не сціхалі да 2001 г., пакуль касмічны апарат «Марс Глобал Сервеер» не
БУДОВА I ЭВАЛЮЦЫЯ СУСВЕТУ
VIII
13. Зак. 1772.
194
VIII
БУДОВА I ЭВАЛЮЦЫЯ СУСВЕТУ
Рыс. 31.1. Фатаграфія «галавы сфінкса» на Марсе, атрыманая ў 1976 г.
Рыс. 31.2. Фатаграфія «галавы сфінкса», атрыманая з лепшым распазнаваннем у 2001 г.
Рыс. 31.3. Метэарыт ALH 84001
перадаў на Зямлю больш падра-бязны здымак (рыс. 31.2). На но-вым відарысе добра бачна, што «галава сфінкса» — прыродная структура.
У наступныя гады пасадачныя апараты, якія пасылаліся да Марса, не аснашчаліся прыладамі, здоль-нымі зафіксаваць прыкметы жыцця.
1 тады па іроніі лёсу Марс быц-цам бы сам «нагадаў пра сябе» і «заслаў» на Зямлю метэарыт, які змяшчаў нешта падобнае на сляды прымітыўнага жыцця. У 1996 г. увесь свет абляцела паведамленне пра тое, што група вучоных Нацыя-нальнага ўпраўлення па аэранаў-тыцы і даследаванні касмічнай прасторы (НАСА; ЗША) знайшла магчымае сведчанне таго, што на Марсе магло існаваць прымітыўнае жыццё прыблізна 3,6 млрд гадоў таму.
КНІГІ ОНЛАЙН
