Космологические модели Вселенной

Кометы, астероиды и метеоры. Помимо девяти крупных планет в Солнечной системе имеется огромное множество мелких спутников, называемых астероидами, кометами и метеорами. Большинство из них находится в поясе астероидов, между орбитами Марса и Юпитера.

Астероиды представляют собой малые планеты, имеющие в поперечнике диаметр  до 1000 км. Всего в астрономических  каталогах зафиксировано более 6000 малых планет. Из них самой крупной является планета Церера. Сталкиваясь друг с другом, астероиды дробятся на метеориты.

Помимо  астероидов, движущихся по орбитам, Солнечную  систему пересекают кометы. В переводе на русский слово «комета» означает «хвостатая звезда». Комета состоит  из головы, небольшого плотного ядра и  хвоста длиной в десятки миллионов  километров. Ядра комет имеют размеры  несколько километров и состоят  из каменных и металлических образований, заключенных в ледяную оболочку из замерзших газов. Согласно современным  данным, кометы являются побочными  продуктами формирования планет-гигантов. Кометы живут сравнительно недолго: от нескольких столетий до нескольких тысячелетий, со временем они рассыпаются, оставляя после себя облака космической  пыли.

Кроме астероидов и комет в межпланетном пространстве беспорядочно двигаются  небольшие небесные тела, которые  довольно часто попадают в земную атмосферу. Самые мелкие из них —  метеоры — имеют массу от нескольких десятков килограммов до нескольких граммов, более крупные — метеориты — достигают нескольких десятков тонн. Большинство из них полностью сгорает в верхних слоях атмосферы на высоте 40—70 км, а самые крупные могут достигать земной поверхности, оставляя на ней кратеры.

Образование Солнечной системы

До настоящего времени вопрос о происхождении  Солнечной системы не получил  своего точного научного описания. Тем не менее достоверно известно, что Солнечная система образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причем Солнце — звезда второго (или еще более позднего) поколения. Так что Солнечная система возникла на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущего поколения, скапливавшихся в газопылевых облаках.

Гипотеза  X. Альвена и С. Аррениуса. На протяжении XX в. выдвигался целый ряд противоречащих друг другу гипотез о происхождении Солнца и Солнечной системы, из которых наиболее убедительной и популярной стала гипотеза шведских астрономов X. Альвена и С. Аррениуса. Они исходили из предположения, что в природе существует единый механизм планетообразования, действие которого проявляется и в случае образования планет около звезды, и в случае появления планет-спутников около планеты. Для объяснения - этого механизма они привлекают совокупность различных сил — гравитацию, магнитогидродинамику, электромагнетизм, плазменные процессы.

Альвен и Аррениус отказались от традиционного допущения об образовании Солнца и планет из одного массива вещества в одном нераздельном процессе. Они считают, что сначала из газопылевого облака возникло первичное тело — звезда, а затем к нему из другого газопылевого облака, через которое по своей орбите двигалось Солнце, поступил материал для образования вторичных тел. Таким образом, к моменту, когда начали образовываться планеты, центральное тело системы уже существовало. К такому выводу исследователи пришли в результате многолетнего изучения изотопного состава вещества метеоритов, Солнца и Земли. При этом были обнаружены отклонения в изотопном составе ряда элементов, содержащихся в метеоритах и земных породах, от изотопного состава тех же элементов на Солнце. Это говорит о различном происхождении этих элементов. Отсюда следует, что основная масса вещества Солнечной системы поступила из одного газопылевого облака, и из него образовалось Солнце. Значительно меньшая часть вещества, не превышающая 0,15 массы Солнца, с другим изотопным составом поступила из другого газопылевого облака, и она послужила материалом для формирования планет и метеоритов. Если бы масса этого облака была больше, оно аккумулировалось бы не в систему планет, а в звездообразный спутник Солнца.

Чтобы образовать планетную систему, звезда должна обладать рядом признаков:

• мощным магнитным полем, величина которого превышает определенное критическое значение;
• пространство в окрестностях звезды должно быть заполнено разреженной плазмой, создающей солнечный ветер.

Молодое Солнце, предположительно обладавшее значительным магнитным моментом, имело  размеры, превышавшие нынешние, но не доходившие до орбиты Меркурия. Его  окружала гигантская сверхкорона, представлявшая собой разреженную намагниченную  плазму. Как и в наши дни, с поверхности  Солнца вырывались протуберанцы, но выбросы  тех лет имели протяженность  в сотни миллионов километров и достигали орбиты современного Плутона. Токи в них оценивались  в сотни миллионов ампер и  более. Это способствовало стягиванию плазмы в узкие каналы. В них  возникали разрывы, пробои, откуда разбегались  мощные ударные волны, уплотнявшие  плазму на пути их следования. Плазма сверхкороны  быстро становилась неоднородной и  неравномерной.

Когда молодое Солнце начало свое прохождение  через газопылевое облако, мощное гравитационное воздействие звезды начало притягивать поток газовых  и пылевых частиц, послуживших  материалом для образования вторичных  тел. Поступавшие из внешнего резервуара нейтральные частицы вещества под  действием гравитации падали к центральному телу. Но при этом они попадали в  сверхкорону Солнца. Там они ионизировались, и в зависимости от химического состава тормозились на разных расстояниях от центрального тела. Таким образом, с самого начала имела место дифференциация допланетного облака по химическому и весовому составу. В конечном счете, выделились три-четыре концентрические области, плотность частиц в которых примерно на семь порядков превышала их плотности в промежутках. Это объясняет тот факт, что вблизи Солнца располагаются планеты земной группы, которые при относительно малых размерах имеют высокую плотность (от 3 до 5,5 г/см3), а планеты-гиганты — намного меньшие плотности (1-2 г/см3).

Сверхкорона, по мере накопления в ней выпадающего  вещества, начинала отставать в своем  вращении от вращения центрального тела. Стремление выровнять угловые скорости тела и короны заставляли плазму вращаться  быстрее. Но это происходило за счет замедления вращения центрального тела. Ускорение плазмы увеличивало центробежные силы, оттесняя их от звезды. Между центральным  телом и плазмой образовалась область с очень низкой плотностью вещества. Таким образом, создалась  благоприятная обстановка для конденсации  нелетучих веществ путем их выпадения  из плазмы в виде отдельных зерен. Эти зерна получали от плазмы импульс  и, двигаясь по орбитам будущих планет, уносили с собой часть момента  количества движения в Солнечной  системе. Сегодня на долю планет, суммарная  масса которых составляет только 0,1% массы всей системы, приходится 99% суммарного момента количества движения.

Множественные соударения между зернами приводили  к их агрегации в большие группы. Затем эти зерна слипались  в зародышевые ядра, к которым  продолжали прилипать частицы, и  они постепенно разрастались до крупных  тел — планетезималий. Сталкиваясь друг с другом, планетезималии образовывали допланетные тела. Их первоначальное количество оценивается во множество миллионов. Образование планетезималий продолжалось десятки тысяч лет. Формирование же самих планет заняло от 105 до 108 лет. Столкновение планетезималий друг с другом привело к тому, что наиболее крупные из них начали еще более увеличиваться в размерах, вследствие чего и образовались планеты. А как только планетные тела оформились настолько, что возле них появилось достаточно сильное собственное магнитное поле, то начался процесс образования спутников, в миниатюре повторяющий то, что произошло при образовании самих планет.

Так, в  теории Альвена и Аррениуса пояс астероидов — это струйный поток, в котором из-за нехватки выпавшего вещества процесс планетообразования прервался на стадии планетезималий. Метеориты и кометы, согласно данной модели, формировались на окраине Солнечной системы, за орбитой Плутона. В отдаленных от Солнца областях существовала слабая плазма. В ней механизм выпадения вещества еще работал, но струйные потоки, в которых рождаются планеты, образоваться уже не могли. Слипание выпавших там частиц привело к единственно возможному результату — образованию кометных тел.

Проблема  существования и  поиска внеземных  цивилизаций

Эволюция  Вселенной привела к образованию  планет, на некоторых из них могут  появиться жизнь и разум. Для  этого нужны разнообразные химические элементы, которые могут объединяться в молекулы разных уровней сложности. Причины, заставляющие атомы объединяться в молекулы, известны науке достаточно хорошо.

В основе этих процессов лежат химические силы, за которыми скрывается одна из фундаментальных  сил природы — электромагнитное взаимодействие. Процессы соединения атомов в молекулы широко распространены во Вселенной. В межзвездной среде, где концентрация вещества ничтожно мала, тем не менее, обнаруживаются молекулы водорода. Там же встречаются  мельчайшие пылинки, в их основе —  кристаллики льда или углерода с  примесью гидратов разных соединений. Молекулярный водород вместе с гелием образуют газопылевые облака. Но самое  интересное, с чем столкнулись  наблюдатели, — это неожиданно большое  присутствие в космосе разнообразных  органических молекул, вплоть до таких  сложных, как молекулы аминокислот. В межзвездных облаках насчитали  более 50 видов органических молекул. Еще удивительнее, что органические молекулы находят во внешних оболочках  некоторых не очень горячих звезд  и в сложных соединениях, температура  которых незначительно отличается от температуры абсолютного нуля. Таким образом, синтез молекул, в  том числе органических, распространенное и вполне обыденное явление в  космосе.

В связи  с этим возникает вопрос, способно ли усложнение вещества достигнуть самых  высоких уровней вне планет, в  межзвездной среде или в оболочках  не очень горячих звезд. Иначе  говоря, возможна ли там жизнь? Существует ли жизнь на других планетах? Данная тема неоднократно обыгрывалась в научно-фантастических произведениях, однако современная  наука не позволяет дать ни положительного, ни отрицательного ответа на этот вопрос. Пока мы знаем только один вариант  жизни в Космосе — на Земле, хотя вопрос о том, одиноки ли мы во Вселенной, волнует не только ученых, но и обычных людей. Не случайно тема контакта с иным разумом — один из излюбленных сюжетов научно-фантастических романов. Кроме того, постоянно появляются люди, утверждающие, что они видели НЛО, контактировали с инопланетянами и т.д.

Представления о том, что Вселенная обитаема, были широко распространены в древности. Так, античные философы Анаксагор, Демокрит, Лукреций Кар считали, что, поскольку Космос образован из одной субстанции (например, из атомов) и подчиняется единому закону — Логосу, то в разных частях Космоса, как и на Земле, должна возникать жизнь. Позже аналогичные аргументы использовал Д. Бруно, выдвигая свою идею о множественности миров. Но до XX в. вопрос о возможности жизни на других планетах звучал настолько фантастично, что серьезными учеными практически не обсуждался. Лишь в XX в. о распространенности жизни и разума во Вселенной заговорили всерьез, и это были не умозрительные рассуждения, а подкрепленные точными расчетами выводы. Среди тех, кто сыграл вьщающуюся роль в утверждении новых взглядов на эту проблему, были К.Э. Циолковский, В. И. Вернадский, П. Тейяр де Шарден и другие крупнейшие ученые и философы.

Поиск внеземных цивилизаций

Особенно  остро вопрос о поиске внеземных  цивилизаций — обществах разумных существ, которые могут возникать  и существовать вне Земли, встал  во второй половине XX в. в связи с выходом человека в космос. Стала ясна принципиальная возможность космических полетов не только внутри Солнечной системы, но и за ее пределы (к сожалению, в наши дни такие полеты пока невозможны из-за отсутствия надлежащей технической базы). На этом основании заговорили не только о полетах человека в космос, но и о возможном посещении нашей планеты представителями других цивилизаций. Следы посещений инопланетных существ являются предметом поиска многих энтузиастов от науки.

На волне  этого энтузиазма в 60-х гг. XX в. появились первые международные программы, ставящие своей целью поиск и контакт с внеземными цивилизациями — SETI (поиск внеземных цивилизаций) и CETI (связь с внеземными цивилизациями). А в 1982 г. Международный астрономический союз организовал специальную комиссию по этой проблеме. Основным направлением работы данной комиссии и международных программ стали поиск радиосигналов от других цивилизаций и отправка собственных сообщений.

Эти исследования в основном велись и ведутся на волне в 21 см, так как считается, что она должна быть известна всем цивилизациям как излучение нейтрального межзвездного водорода. На этой длине волны ученые всего мира ведут исследование распределения водорода в Галактике и других галактиках. Поэтому считается, что если сигнал будет послан на этой волне, то велика вероятность его обнаружения.

Правда, сегодня ученые сомневаются в  том, что внеземные цивилизации  хотят вступить с нами в контакт. Поэтому И.С. Шкловский предложил  искать сигналы внеземных цивилизаций  по непреднамеренному радиоизлучению, которое может создаваться телевидением, радиолокацией и внутренней связью в своей системе. Так, несущая  частота современного земного телевидения  может быть обнаружена на расстоянии до 10 световых лет, а излучение мощных локаторов — на расстоянии до 30 световых лет.

Еще одним  направлением поиска внеземных цивилизаций  стал поиск следов их астроинженерной деятельности. Долгое время среди ученых господствовала идея о том, что высокоразвитые цивилизации должны располагать практически неограниченными источниками энергии, распоряжаясь полностью не только энергией своего солнца, но и энергией в масштабах всей своей галактики. Поэтому следы деятельности таких цивилизаций должны быть хорошо заметны. Ведь они могут делать все, что не запрещено законами природы: создавать гигантские «эфирные города» и сферы Дайсона, перерабатывая при этом планетное вещество и сооружая сферу вокруг своего солнца, чтобы не терять энергии его излучения; перемещать планеты и звезды, взрывать ненужные звезды и зажигать новые.