Гипермаркет знаний>>Естествознание>>Естествознание 11 класс>> Что первично - галактики или звезды

                                                                                4.5. Космические циклы


В повседневной жизни повторное использование лома цветных металлов, упаковочных и использованных конструкционных материалов называют рециклингом. Символ его весьма похож на Инь-Ян. Примером естественного процесса рециклинга является круговорот воды в природе, точнее, в условиях Земли. Здесь есть атмосфера, суша и океан, с участием которых реализуется цикл. Есть поступление солнечной энергии и теплоотдача в космос, обеспечивающие фазовые переходы между агрегатными состояниями воды. Химический  состав  и  полная  масса  её  в  цикле  сохраняются.  В  биосфере  Земли можно  выделить цикл  оборота  азота, фосфора и  других  важных  для живых организмов элементов.

Существуют  естественные  циклы  многократного «использования»  вещества и в масштабах Вселенной. В первую очередь это цикл водорода - основной  химической  составляющей  галактик  и  звезд. Для  поддержания  циклов  требуется  энергия. Во Вселенной  это  энергия  гравитации  и  термоядерных реакций. Изучая рециклинг водорода и других элементов в космосе, мы можем осознать «предназначение» звезд, их творческую (без кавычек!) роль в нуклеосинтезе. Фактически без звезд эволюция вещества закончилась бы на самых легких элементах - литии, боре и бериллии. Ядра всех других элементов, существующих в природе, в масштабе всей Вселенной были образованы (сотворены) в недрах звезд. Представьте себе: ядра всех атомов, из которых Вы  состоите,  были  когда-то  частью  звезд! Так  что  все мы «немножко  звезды»...
 
                                                                4.5.1. Что первично - галактики или звезды?

Иногда говорят, что звезды - это алфавит языка Вселенной, словами и предложениями  являются  галактики  и  их  скопления.  Понятна  последовательность написания книги - от слова к строчке и странице. В какой последовательности  пишется  великая  книга  Вселенной?  Образование  одиночной звезды не исключается, в гало галактик имеются звезды, которые не относятся к каким-либо скоплениям. Но, по большей части, звезды образуются группами. В составе нашей Галактики примерно половина  звезд образуют двойные системы, в некоторых других галактиках доля двойных звезд ещё выше. В меньшей пропорции наблюдаются тройные и системы, где две пары звезд обращаются  вокруг общего центра. Принято  считать, что  галактики образуются  в процессе  звездообразования  совместно  с образованием  звезд. Жизнь одной  звезды  быстротекуща  по  сравнению  со  временем  существования  галактик.  Звезды  рождаются,  живут  и  умирают.  Галактическое  образование меняет форму, но остается в целом устойчивой системой. По оценкам время «выгорания» массивной  звезды  первого  поколения (с массой  около 20  солнечных)  не  превышает 100  млн.  лет.  Возраст  же  галактик  имеет  порядок  10 млрд. лет. Как отмечалось выше, галактики могут гравитационно взаимодействовать и сливаться за вселенски большие периоды времени.

Формирование Млечного  пути (Галактики)  теоретически  описывается тремя моделями. В  одной  их  них  он  образуется  при  относительно  быстром коллапсе (гравитационном падении вещества на центр масс системы) одного гигантского молекулярного облака-протогалактики (модель 1962 г. О. Эггена - Д. Линден-Белла - А. Сэндэйжа).

По модели А. Тумре, предложенной в 1977 г., происходит слияние нескольких крупных  газопылевых комплексов  с различной  степенью их «продвинутости» по пути формирования собственных галактик. Она больше учитывает новые данные наблюдений  за шаровыми  скоплениями  гало Галактики. Сферическое гало медленно вращается вокруг центра Млечного пути, пересекая его спиральный диск. Удивительно, что некоторые из шаровых скоплений, как показывают  современные наблюдения, вращаются против основной части гало. Это может быть объяснено моделью слияния облаков с различным направлением их вращения.

Третья модель Л. Сирла - Р. Цинна сходна с моделью Тумре, но исходный комплекс  состоит из большего числа сравнительно малых кластеров. В последнем случае очевидна возможность протекания эволюции химического состава различных и удаленных друг от друга фрагментов, независимо друг от  друга. Тем  самым  объясняется  разница  в поколениях  звезд  балджа (центрального  утолщения),  диска,  шаровых  скоплений  и  рассеянных  звездных групп.  Действительно,  отношение  содержания  кислорода  к  железу  заметно отличается для звезд гало и старых звезд диска. В настоящее время считается, что простая первая модель применима к центральной части, тогда как более  разреженные  внешние  области  могли  возникнуть  путем  слияния,  как предсказывают последующие модели.

Возникает  вопрос:  какие физические факторы  исходного  гигантского, холодного облака молекулярного водорода определяют, что из него получится - одна или несколько протогалактик или рассеянное  звездное скопление? По-видимому, таким фактором является масштаб неоднородностей в облаке. Интуитивно  можно  ожидать,  что  при  сжатии  кучковатого,  неоднородного облака в нем выделятся области с повышенной плотностью вещества, внутри которого  выделятся  фрагменты  меньших  размеров  с  еще большей  плотностью, и так до образования протозвезды.

Таким образом, важное значение имеет распределение плотности вещества в молекулярном облаке и его общая масса. Известный американский астрофизик Д. Лейзер показал, что в распределенном веществе с флуктуациями плотности положительные и отрицательные флуктуации дают примерно одинаковые вклады и что величина флуктуирующей гравитационной силы практически  целиком  определяется  конкретным  распределением  массы  внутри сферы, радиус которой не превышает нескольких линейных масштабов флуктуаций [7]. Вклады же других, более удаленных от точки наблюдения областей,  взаимно  уничтожаются. Это  означает,  что  в  неоднородной  среде  появляются области взаимопритяжения с ограниченным радиусом действия.

Ситуация  становится  похожей  на  взаимодействие  молекул  реального газа,  в  котором  при  определенных  условиях  возникает  критическое  состояние самопроизвольного роста неоднородных областей. Это явление известно как критическая опалесценция (граница между жидкой фазой и газом теряется, и среда становится мутной). Продолжая аналогию Лейзер развил теорию, согласно  которой  процесс  скучивания  вещества  во  Вселенной  непрерывно возрастает. По его теории, если относительная амплитуда флуктуаций плотности  достигает порядка  единицы,  область неоднородностей  определенного пространственного масштаба выделяется в самогравитирующую систему.

Концепции современного естествознания. Стародубцев В.А., 2-е изд., доп. — Томск.: Том. политех. ун-т, 2002. — 184 с.

Содержание урока
 конспект урока
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.