Реферат: Аналіз гіпотез виникнення Землі і Сонячної системи

Реферат: Аналіз гіпотез виникнення Землі і Сонячної системи

План роботи:

Вступ

Картина світу

Рух планет

Перші моделі світу

Перша геліоцентрична система

Система Птолемея

Світ Коперника

Сонце і Зірки

Галактика

Зоряні світи

Всесвіт

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Зоряне небо у всі часи займало уяву людей. Чому запалюються зірки? Скільки їх сяє в ночі? Чи далеко вони від нас? Чи є межі у зоряного Всесвіту? З глибокої старовини людина замислювалася над цими і багатьма іншими питаннями, прагнув зрозуміти, і осмислити устрій того великого світу, в якому ми живемо.

Найдавніші уявлення людей про нього збереглися в казках і легендах. Пройшли століття і тисячоліття, перш ніж виникла і отримала глибоке обґрунтовування і розвиток наука про Всесвіт, що розкрила нам чудесну простоту, дивний порядок всесвіту. Недаремно ще в стародавній Греції її називали Космосом а це слово спочатку означало «порядок» і «красу».

Системи світу – це уявлення про розташування в просторі і русі Землі, Сонця, Місяця, планет, зірок і інших небесних тіл.

Картина світу

В староіндійській книзі, яка називається «Рігведа», що значить «Книга промов», можно знайти опис – один з найперших в історії людства – всього Всесвіту як єдиного цілого.

Згідно «Рігведі», Всесвіт влаштований не дуже складно. В ньому є, перш за все, Земля. Вона представляється безмежною пласкою поверхнею – «обширним простором». Ця поверхня покрита зверху небом. А небо – це голубий, усіяний зірками «зведення». Між небом і Землею – «повітря, яке світиться».

Від науки це було дуже далеко. Але важливо тут інше. Чудова і грандіозна сама зухвала мета – обійняти думкою весь Всесвіт. Звідси бере витоки упевненість в тому, що людський розум здатний осмислити, зрозуміти, розгадати її пристрій, створити в своїй уяві повну картину світу.

Рух планет

Спостерігаючи за річним переміщенням Сонця серед зірок, стародавні люди навчилися завчасно визначати настання тієї або іншої пори року. Вони розділили смугу неба уздовж екліптики на 12 сузір'їв, в кожному з яких Сонце знаходиться приблизно місяць. Як вже наголошувалося, ці сузір'я були названі зодіакальними. Всі вони за винятком одного носять назви тварин.

З передранковим сходом того або іншого сузір'я стародавні люди зв'язували свої сільськогосподарські роботи, і це відображено в самих назвах сузір'їв. Так, появи на небі сузір'я Водолія указувало на очікувану повінь, поява Риб – на майбутній хід риби для метання ікри. З уранішньою появою сузір'я Деви починалося прибирання хліба, яке проводилося переважно жінками. Через місяць на небі з'явилася сусіднє сузір'я Терези, в цей час якраз відбувалося зважування і підрахунок урожаю.

Ще за 2000 років до н.е. стародавні спостерігачі помітили серед зодіакальних сузір'їв п'ять особливих світил, які, постійно міняючи своє положення на небі, переходять з одного зодіакального сузір'я в інше. Надалі грецькі астрономи назвали ці світила планетами, тобто «блукаючими».

Це Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн, що зберегли в своїх назвах до наших днів імена давньоримських богів. До блукаючих світил був зарахований також Місяць і Сонце.

Ймовірно, пройшло багато сторіч перш ніж стародавнім астрономам вдалося встановити визначені закономірності в русі планет і, перш за все, встановити проміжки часу, після закінчення яких положення планети на небі по відношенню до Сонця повторюється. Цей проміжок часу пізніше був названий синодичним періодом обігу планети. Після цього можна було робити наступний крок – будувати загальну модель світу, в якій для кожної з планет би було відведено певне місце і користуючись яку можна було б наперед передбачити положення планети на декілька місяців або літ вперед.

По характеру свого руху на небесній сфері по відношенню до Сонця планети (в нашому розумінні) підрозділяються на дві групи. Меркурій і Венера названий внутрішніми або нижніми, інші – зовнішніми або верхніми.

Кутова швидкість Сонця більше швидкості прямого руху верхньої планети. Тому Сонце поступово обганяє планету. Як і для внутрішніх планет, в мить, коли напрям на планету і на Сонце співпадає, наступає з'єднання планети з Сонцем. Після того, як Сонце обжене планету, вона стає видимою перед його сходом, в другій половині ночі. Момент, коли кут між напрямом на Сонці і напрямом на планету складає 180 градусів, називається протистоянням планети. В цей час вона знаходиться в середині дуги свого позаднього руху. Видалення планети від Сонця на 90 градусів на схід називається східною квадратурою, а на 90 градусів на захід – західною квадратурою. Всі згадані тут положення планет щодо Сонця (з погляду земного спостерігача) називаються конфігураціями.

При розкопках стародавніх міст і храмів Вавилонії знайдені десятки тисяч глиняних табличок з астрономічними текстами. Їх розшифровка показала, що стародавні вавилонські астрономи уважно стежили за положенням планет на небі; вони зуміли визначити їх синодичні періоди обігу і використати ці дані при своїх розрахунках.

Перші моделі світу

Не дивлячись на високий рівень астрономічних відомостей народів стародавнього Сходу, їх погляди на будову світу обмежувалися безпосередніми зоровими відчуттями. Тому у Вавилоні склалися погляди, згідно яким Земля має вид опуклого острова, оточеного океаном. Усередині Землі ніби знаходиться «царство мертвих». Небо – це твердий купол, що спирається на земну поверхню і відділяючий «нижні води» (океан, оточуючий земний острів) від «верхніх (дощових) вод». На цьому куполі прикріплені небесні світила, над небом ніби живуть боги. Сонце сходить вранці, виходячи з східних воріт, і заходить через західні ворота, а вночі воно рухається під Землею.

Згідно уявленням стародавніх єгиптян, Всесвіт має вид великої долини, витягнутої з півночі на південь, в центрі її знаходиться Єгипет. Небо уподібнювалося великому залізному даху, який підтримується на стовпах, на ній у вигляді світильників підвішені зірки.

В Стародавньому Китаї існувало уявлення, згідно якому Земля має форму плоского прямокутника, над яким на стовпах підтримується кругле опукле небо. Розлючений дракон ніби зігнув центральний стовп, унаслідок чого Земля нахилилася на схід. Тому всі річки в Китаї течуть на схід. Небо ж нахилилося на захід, тому всі небесні світила рухаються з сходу на захід.

І лише в грецьких колоніях на західних берегах Малої Азії (Іонія), на півдні Італії і в Сицилії в четвертому столітті до нашої ери почався бурхливий розвиток науки, зокрема, філософії, як вчення про природу. Саме тут на зміну простому спогляданню явищ природи і їх наївному тлумаченню приходять спроби науково пояснити ці явища, розгадати їх істинні причини.

Одним з видатних старогрецьких мислителів був Геракліт Ефесській (близько 530 – 470 рр. до н. е.). Це йому належать слова: «Світ, єдиний зі всього, не створений ніким з богів і ніким з людей, а був, є і буде вічним живим вогнем, що закономірно спалахує і закономірно згасає...» Тоді ж Піфагор Самосській (близько 580 - 500 рр. до н. е.) виказав думку про те, що Земля, як і інші небесні тіла, має форму кулі. Всесвіт представлявся Піфагору у вигляді концентричних, вкладених один в одного прозорих кришталевих сфер, до яких ніби прикріплені планети. В центрі світу в цій моделі поміщалася Земля, навкруги неї оберталися сфери Місяця, Меркурія, Венери, Сонця, Марса, Юпітера і Сатурна. Далі за все знаходилася сфера нерухомих зірок.

Першу теорію будови світу, що пояснює прямий і позадній рух планет, створив грецький філософ Евдокс Кнідській (близько 408 – 355 рр. до н. е.). Він запропонував, що у кожної планети є не одна, а декілька сфер, що скріпляють один з одним. Одна з них скоює один оборот в доба навкруги осі небесної сфери по напряму з сходу на захід. Час обігу іншій (у зворотний бік) передбачалося рівним періоду обігу планети. Тим самим пояснювався рух планети уздовж екліптики. При цьому передбачалося, що вісь другої сфери нахилена до осі першою під певним кутом. Комбінація з цими сферами ще двох дозволяла пояснити позадній рух по відношенню до екліптики. Всі особливості руху Сонця і Місяця пояснювалося за допомогою трьох сфер. Зірки Евдокс розмістив на одній сфері, що вміщає в себе всі інші. Таким чином, весь видимий рух небесних світил Евдокс звів до обертання 27 сфер.

Доречно нагадати, що уявлення про рівномірний, круговий, абсолютно правильний рух небесних тіл виказав філософ Платон. Він же виказав припущення, що Земля знаходиться в центрі світу, що навкруги неї звертається Місяць, Сонце, далі уранішня зірка Венера, зірка Гермеса, зірки Ареса, Зевса і Кроноса. У Платона вперше зустрічаються назви планет на ім'я богів, повністю співпадаючі з вавилонськими. Платон вперше сформулював математикам задачу: знайти, за допомогою яких рівномірних і правильних кругових рухів можна «врятувати явища, що представляються планетами». Іншими словами, Платон ставив задачу побудувати геометричну модель світу, в центрі якої, безумовно, повинна була знаходитися Земля.

Удосконаленням системи світу Евдокса зайнявся учень Платона Аристотель (384 – 322 рр. до н. е.). Оскільки погляди цього видатного філософа – енциклопедиста неподільно панували у фізиці і астрономії протягом майже двох тисяч літ, то зупинюся на них детальніше.

Аристотель, вслід за філософом Емпедоклом (близько 490 - 430 рр. до н. е.), припустив існування чотирьох «стихій»: землі, води, повітря і вогню, із змішення яких ніби відбулися всі тіла, що зустрічаються на Землі. По Аристотелю, стихії вода і земля природним чином прагнуть рухатися до центру світу («вниз»), тоді як вогонь і повітря рухаються «вгору» до периферії і то тим швидше, чим ближче вони до свого «природного місця». Тому в центрі світу знаходиться Земля, над нею розташовані вода, повітря і вогонь. По Аристотелю, Всесвіт обмежений в просторі, хоча її рух вічно, не має ні кінця ні початку. Це можливо якраз потоиу, що, окрім згаданих чотирьох елементів, існує ще і п'ята, незнищувана матерія, яку Аристотель назвав ефіром. З ефіру ніби і полягають всі небесні тіла, для яких вічний круговий рух – цей природний стан. «Зона ефіру» починається біля Місяця і тягнеться вгору, тоді як нижче за Місяць знаходиться мир чотирьох елементів.

От як описує своє розуміння всесвіту сам Аристотель:

«Сонце і планети звертаються біля Землі, що знаходиться нерухомо в центрі світу. Наш вогонь, щодо кольору свого, не має ніякої схожості з світлом сонячним, сліпучої білизни. Сонце не складається з вогню; воно є величезне скупчення ефіру; теплота Сонця заподіюється дією його на ефір під час обігу навкруги Землі. Комети суть скороминучі явища, які швидко народжуються в атмосфері і так же швидко зникають. Чумацький Шлях є не що інше, як випаровування, запалені швидким обертанням зірок біля Землі... Рухи небесних тіл, взагалі кажучи, відбуваються набагато правильніше, ніж рухи помічаються на Землі; бо, оскільки тіла небесні вчинені за будь-які інші тіла, то їм личить найправильніший рух, і разом з тим найпростіше, а такий рух може бути тільки круговим, тому що в цьому випадку рух буває разом з тим і рівномірним. Небесні світила рухаються вільно подібно богам, до яких вони ближче, ніж до жителів Землі; тому світила при русі своєму не потребують відпочинку і причину свого руху містять в самих собі. Вищі області неба, досконаліші, містять в собі нерухомі зірки, мають тому найдосконаліший рух - завжди управо. Що ж до частини неба, найближчої до Землі, а тому і менш зробленої, то ця частина служить місцеперебуванням набагато менш досконалих світил, які планети. Ці останні рухаються не тільки управо, але і вліво, і притому по орбітах, нахилених до орбіт нерухомих зір. Всі важкі тіла прагнуть центру Землі, а оскільки всяке тіло прагне центру Всесвіту, то тому і Земля повинна знаходитися нерухомо в цьому центрі».

При побудові своєї системи світу Аристотель використовував уявлення Евдокса про концентричні сфери, на яких розташовані планети і які обертаються навкруги Землі. По Аристотелю, першопричиною цього руху є «перший двигун» - особлива сфера, розташована за сферою «нерухомих зірок», яка і приводить в рух весь інший, що обертається. По цій моделі лише одна сфера в кожній з планет обертається з сходу на захід, інші три - в протилежному напрямі. Аристотель вважав, що дія цих трьох сфер повинна компенсуватися додатковими трьома внутрішніми сферами, що належать тій же планеті. Саме в цьому випадку на кожну подальшу (у напрямку до Землі) планету діє лише добове обертання. Таким чином, в системі світу Аристотеля рух небесних тіл описувався за допомогою 55 твердих кришталевих сферичних оболонок.

Пізніше в цій системі світу було виділено вісім концентричних шарів (небес), які передавали свій рух один одному (мал. 1). В кожному такому шарі налічувалося сім сфер, рушійних дану планету.

За часів Аристотеля висловлювалися і інші погляди на будову світу, зокрема, що не Сонце звертається навкруги Землі, а Земля разом з іншими планетами звертається навкруги Сонця. Проти цього Аристотель висунув серйозний аргумент: якби Земля рухалася в просторі, той цей рух приводив би до регулярного видимого переміщення зірок на небі. Як ми знаємо, цей ефект (річний параллактичний зсув зірок) був відкритий лише в середині 19 століття, через 2150 років після Аристотеля...

На схилі своїх літ Аристотель був звинувачений в єресі і втік з Афін. Насправді в своєму розумінні світу він коливався між матеріалізмом і ідеалізм. Його ідеалістичні погляди і, зокрема, уявлення про Землю як центрі всесвіту було пристосоване для захисту релігії. От чому в середині другого тисячоліття нашої ери боротьба проти поглядів Аристотеля стала необхідною умовою розвитку науки...

Перша геліоцентрична система

Сучасникам Аристотеля вже було відомо, що планета марс в протистоянні, а також Венера під час позаднього руху значно яскравіше, ніж в інші моменти. По теорії сфер вони повинні були б залишатися завжди на однаковій відстані від Землі. Саме тому тоді виникали і інші уявлення про будову світу.

Так, Геракліт Понтійській (388 – 315 рр. до н. е.) припускав, що Земля рухається «... обертально, біля своєї осі, на зразок колеса, із заходу на схід навкруги власного центру». Він виказав також думку, що орбіти Венери і Меркурія є колами, в центрі яких знаходиться Сонце. Разом з Сонцем ці планети ніби і обертаються навкруги Землі.

Ще більш сміливих поглядів дотримувався Аристарх Самосській (близько 310 – 230 рр. до н. е.).

Видатний старогрецький учений Архімед (близько 287 – 212 рр. до н.е.) в своєму творі «Псамміт» («Числення піщинок»), звертаючись до Гелона Сиракузського, писав про погляди Аристарха так:

«Ти знаєш, що за уявленням деяких астрономів світ має форму кулі, центр якого співпадає з центром Землі, а радіус рівний довжині прямої, сполучаючої центри Землі і Сонця.

Але Аристарх Самосській в своїх «Пропозиціях», написаних ним проти астрономів, відкидаючи це уявлення, приходить до висновку, що мир набагато більших розмірів, ніж тільки що вказано. Він вважає, що нерухомі зірки і Сонце не міняють свого місця в просторі, що Земля рухається по колу навкруги Сонця, що знаходиться в його центрі, і що центр сфери нерухомих зірок співпадає з центром Сонця, а розмір цієї сфери такий, що коло, описуване по його припущенню, Землею, знаходиться до відстані нерухомих зірок в такому ж відношенні, в якому центр кулі знаходиться до його поверхні».

Система Птоломея

Становлення астрономії як точної науки почалося завдяки роботам видатного грецького вченого Гіппарха. Він перший почав систематичні астрономічні спостереження і їх всесторонній математичний аналіз, заклав основи сферичної астрономії і тригонометрії, розробив теорію руху Сонця і Місяця і на її основі – методи передобчислювання затьмарень.

Гіппарх знайшов, що видимий рух Сонця і Місяця на небі є нерівномірним. Тому він став на точку зору, що ці світила рухаються рівномірно по кругових орбітах, проте центр круга зміщений по відношенню до центру Землі. Такі орбіти були названі ексцентрами. Гіппарх склав таблиці, по яких можна було визначити положення Сонця і місяця на небі на будь-який день року. Що ж до планет, то, по зауваженню Птолемея, він не «зробив інших спроб пояснення руху планет, а задовольнявся приведенням в порядок зроблених до нього спостережень, приєднавши до них ще набагато більшу кількість своїх власних. Він обмежився вказівкою своїм сучасникам на незадовільність всіх гіпотез, за допомогою яких деякі астрономи думали пояснити рух небесних світил».

Завдяки роботам Гіппарха астрономи відмовилися від уявних кришталевих сфер, припущених Евдоксом, і перейшли до складніших побудов за допомогою епіциклів і деферентів, запропонованих ще до Гіппарха Аполлоном Пергськім. Класичну форму теорії епіциклічних рухів надав Клавдій Птоломей.

Головний твір Птолемея «Математичний синтаксис в 13 книгах» або, як його назвали пізніше араби, «Альмагест» («Найбільше») став відомим в середньовічній Європі лише в XII в. В 1515 р. він був надрукований на латинській мові в перекладі з арабського, а в 1528 р. в перекладі з грецького. Тричі «Альмагест» видавався грецькою мовою, в 1912 р. він виданий на німецькій мові.

«Альмагест» - це справжня енциклопедія античної астрономії. В цій книзі Птоломей зробив те, що не вдавалося зробити жодному з його попередників. Він розробив метод, користуючись яким можна було розрахувати положення тієї або іншої планети на будь-який наперед заданий момент часу. Це йому далося нелегко, і в одному місці він помітив: «Легше, здається, рухати самі планети, ніж осягнути їх складний рух...»

«Встановивши» Землю в центрі світу, Птолемей представив видимий складний і нерівномірний рух кожної планети як суму декількох простих рівномірних кругових рухів.

Згідно Птоломею кожна планета рухається рівномірно по малому кругу – епіциклу. Центр епіцикла у свою чергу рівномірно ковзає по колу великого круга, названого деферентом. Для кращого збігу теорії з даними спостережень довелося припустити, що центр деферента зміщений по відношенню до центру Землі. Але цього було недостатньо. Птолемей був вимушений припустити, що рух центру епіциклу по деференту є рівномірним (тобто його кутова швидкість руху постійна), якщо розглядати цей рух не з центру деферента Про і не з центру Землі Т, а з деякої «вирівнюючої крапки» Е, названої пізніше еквантом.

Комбінуючи спостереження з розрахунками, Птоломей методом послідовних наближень отримав, що відносини – радіусів епіциклів до радіусів деферентів для Меркурія, Венери, марса, Юпітера і Сатурна рівні відповідно 0.376, 0.720, 0.658, 0.192 і 0.103. Цікаво, що для передобчислювання положення планети на небі не було необхідності знати відстані до планети, а лише згадане відношення радіусів епіциклів і деферентів.

При побудові своєї геометричної моделі світу Птоломей враховував той факт, що в процесі свого руху планети дещо відхиляються від екліптики. Тому для марса, Юпітера і Сатурна він «нахилив» площини деферентів до екліптики і площини епіциклів до площин деферентів. Для Меркурія і Венери він ввів коливання вгору і вниз за допомогою невеликих вертикальних кругів. В цілому для пояснення всіх помічених у той час особливостей в русі планет Птоломей ввів 40 епіциклів. Система світу Птоломея, в центрі якій знаходиться Земля, називається геоцентричною.

Окрім відношення радіусів епіциклів і деферентів для зіставлення теорії із спостереженнями необхідно було задати періоди обігу по цих кругах. По Птоломею, повний оборот по колу епіциклів всі верхні планети скоюють за той же проміжок часу, що і Сонце по екліптиці, тобто за рік. Тому радіуси епіциклів цих планет, направлені до планет, завжди паралелі напряму із Землі на Сонці. У нижніх планет – Меркурія і Венери – період обігу по епіциклу рівний проміжку часу, а перебігу якого планета повертається до початкової крапки на небі. Для періодів обігу центру епіциклу по колу деферента картина зворотна. У Меркурія і Венери вони рівні року. Тому центри їх епіциклів завжди лежать на прямій, що сполучає сонце і Землю. Для зовнішніх планет вони визначаються часом, в перебігу якого планета, описавши повне коло на небі, повертається до тих же зір.

Вслід за Аристотелем Птоломей спробував спростувати уявлення про можливий рух Землі. Він писав:

«Існують люди, які затверджують, ніби ніщо не заважає допустити, що небо нерухомо, а земля обертається біля своєї осі від заходу на схід, і що вона робить такий оборот кожні доби. Правда, кажучи про світила, ніщо не заважає для більшої простоти допустити це, якщо враховувати тільки видимі рухи. Але ці люди не усвідомлюють, до якого ступеня смішно така думка, якщо придивитися до всього, що скоюється навкруги нас і в повітрі. Якщо ми погодимося з ними, – чого насправді немає, – що найлегші тіла зовсім не рухаються або рухаються так само, як і тіла важкі, тоді як, очевидно, повітряні тіла рухаються з більшою швидкістю, ніж тіла земні; якби ми погодилися з ними, що предмети найщільніші і найважчі мають власний рух, швидкий і постійний, тоді як насправді вони насилу рухаються від повідомляються вони поштовхів, - все-таки ці люди повинні були б признатися, що Земля унаслідок свого обертання мала б рух значно швидше за всі тих, які відбуваються навкруги неї, бо вона скоювала б таку велику, коло в такий малий проміжок часу. Таким чином, тіла, які підтримували б Землю, здавалися б тими, що завжди рухаються по протилежному з нею напряму, і ніяка хмара, ніщо летить або кинуте ніколи не здавалося б прямуючим на схід, бо Земля випередила б всякий рух в цьому напрямі».

З сучасної точки зору можна сказати, що Птоломей дуже переоцінив роль відцентрової сили. Він також дотримувався помилкового затвердження Аристотеля, що в полі тяжкості тіла падають з швидкостями, пропорційними їх масам...

В цілому ж, як помітив А. Паннекук, «Математичний твір» Птоломея «був карнавальним ходом геометрії, святом якнайглибшого створіння людського розуму в представленні Всесвіту... праця Птоломея представ перед нами як великий пам'ятник науки античної старовини...».

Після високого розквіту античної культури на європейському континенті наступив період застою і регресу. Цей похмурий проміжок часу тривалістю більше тисячі літ був названий середньовіччям. Йому передувало перетворення християнства в пануючу релігію, при якій не було місця для високо розвинутої науки античної старовини. В цей час відбулося повернення до найпримітивніших уявлень про плоску Землю.

І лише починаючи з XI ст. під впливом зростання торгових стосунків, із зусиллям в містах нового класу – буржуазії. Духовне життя в Європі почало прокидатися. В середині XIII в. філософія Аристотеля була пристосована до християнської теології, відмінені рішення церковних соборів, що забороняли натурфілософські ідеї великого старогрецького філософа. Погляди Аристотеля на пристрій світу незабаром стали невід'ємними елементами християнської віри. Тепер уже не можна було сумніватися в тому, що Земля має форму кулі, встановленої в центрі світу, і що навкруги нього звертаються всі небесні світила. Система Птоломея стала як би доповненням до Аристотеля, допомагаючим проводити конкретні розрахунки положень планет.

Основні параметри своєї моделі світу Птоломей визначив надзвичайно майстерно і з високою точністю. З часом, проте, астрономи почали переконуватися в тому, що між істинним положенням планети на небі і розрахунковим існують розбіжності. Так, на початку 12 століття планета марс виявилася на два градуси в стороні від того місця, де їй належало бути по таблицях Птоломея.

Щоб пояснити всі особливості руху планет на небі, доводилося вводити для кожної з них до десяти і більш епіциклів з радіусами, що все зменшуються, так, щоб центр меншого епіциклу звертався по кругу більшого. До 16 століття рух Сонця, Місяця і п'яти планет пояснювався за допомогою більш ніж 80 кругів! Та все ж спостереження, розділені великими проміжками часу, було важке «підігнати» під цю схему. Доводилося вводити нові епіцикли, дещо змінювати їх радіуси, зміщувати центри деферентів по відношенню до центру Землі. Зрештою геоцентрична система Птоломея, переобтяжена епіциклами і еквантами, звалилася від власної тяжкості...

Світ Коперника

Книга Коперника, що вийшла в рік його смерті, в 1543 році, носила скромну назву: «Про обертання небесних сфер». Але це було повне скинення Аристотеля погляду на світ. Складна махина порожнистих прозорих кришталевих сфер відійшла в минуле. З того часу почалася нова епоха в нашому розумінні Всесвіту. Продовжується вона і по нині.

Завдяки Копернику ми взнали, що Сонце займає належне йому положення в центрі планетної системи. Земля ж ніякий не центр світу, а одна з рядових планет, що звертаються навкруги Сонця. Так все стало на свої місця. Будова Сонячної системи була нарешті розгадана.

Подальші відкриття астрономів поповнили сім'ю великих планет. Їх дев'ять: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон. В такому порядку вони займають свої орбіти навкруги Сонця. Відкрито безліч малих тіл Сонячної системи – астероїдів і комет. Але це не змінило нової Коперникової картини світу. Навпаки, всі ці відкриття тільки підтверджують і уточнюють її.

Тепер ми розуміємо, що живемо на невеликій планеті, схожій на кулю. Земля обертається навкруги Сонця по орбіті, не дуже відмінній від кола. Радіус цього кола близький до 150 мільйонів кілометрів.

Відстань від Сонця до Сатурна – найдальшої з відомих за часів Коперника планет – приблизно вдесятеро більше радіусу земної орбіти. Цю відстань абсолютно правильно визначив ще Коперник. Розміри Сонячної системи – відстань від Сонця до орбіти дев'ятої планети, Плутона, ще майже в чотири рази більше і складає приблизно 6 мільярдів кілометрів.

Така картина Всесвіту в нашому безпосередньому оточенні. Це і є світ по Копернику.

Але Сонячна система ще не весь Всесвіт. Можна сказати, що це тільки наш маленький світ. А як же далекі зірки? Про них Коперник не ризикував виказувати ніякої певної думки. Він просто залишив їх на колишньому місці, не дальній сфері, де були вони у Аристотеля, і лише говорив, і абсолютно правильно, що відстань до зірок в множину разів більше розмірів планетних орбіт. Як і античні учені, він представляв Всесвіт замкнутим простором, обмеженим цією сферою.

В ясну безмісячну ніч, коли ніщо не заважає спостереженню, людина з гострим зором побачить на небозводі не більше двох–трьох тисяч мерехтливих крапочок. В списку, складеному в 2 столітті до нашої ери знаменитим старогрецьким астрономом Гіппархом і доповненому пізнє Птоломеєм, значиться 1022 зірки. Гевелій же, останній астроном, що робив такі підрахунки без допомоги телескопа, довів їх число до 1533.

Але вже в старовині підозрювали про існування великого числа зірок, невидимих оком. Демокрит, великий учений старовини, говорив, що біляста смуга, що протягнулася через все небо, яку ми називаємо Чумацьким Шляхом, є насправді з'єднання світла безлічі невидимих по окремості зір. Суперечки про будову Чумацького Шляху продовжувалися століттями. Рішення – на користь здогадки Демокрита – прийшло в 1610 році, коли Галілей повідомив про перші відкриття, зроблені на небі за допомогою телескопа. Він писав із зрозумілим хвилюванням і гордістю, що тепер вдалося «… зробити доступними оку зірки, які раніше ніколи не були видимими і число яких щонайменше вдесятеро більше числа зірок, відомих спрадавна».

Але і це велике відкриття все ще залишало світ зірок загадковим. Невже всі вони, видимі і невидимі, дійсно зосереджені в тонкому сферичному шарі навкруги Сонця?

Ще до відкриття Галілея була виказана абсолютно несподівана, на ті часи чудово смілива думка. Вона належить Джордано Бруно, трагічна доля якого всім відома. Бруно висунув ідею про те, що наше Сонце – це одна із зірок Всесвіту. Всього тільки одна з великої кількості, а не центр всього Всесвіту. Але тоді і будь-яка інша зірка теж цілком може володіти своєю власною планетною системою.

Якщо Коперник вказав місце Землі зовсім не в центрі світу, то Бруно і Сонце позбавив цій привілеї.

Ідея Бруно породила немало вражаючих слідств. З неї витікала оцінка відстаней до зір. Дійсно, Сонце – це зірка, як і інші, але тільки найближча до нас. Тому-то воно таке велике і яскраве. А на яку відстань потрібно відсунути світило, щоб і воно виглядало так, як, наприклад, Сиріус? Відповідь на це питання дав голландський астроном Гюйгенс (1629 – 1695 рр.). Він порівняв блиск цих двох небесних тіл, і ось що виявилося: Сиріус знаходиться від нас в сотні раз далі, ніж Сонце.

Щоб краще уявити, скільки велика відстань до зірки, скажімо, що промінь світла, що пролітає за одну секунду 300 тисяч кілометрів, затрачує на подорож від Сиріусу до нас декілька років. Астрономи говорять в цьому випадку про відстань в декілька світлових років. За сучасними уточненими даними, відстань до Сиріуса – 8,7 світлових літ. А відстань від нас до Сонця всього 8 світлових хвилин.

Звичайно, різні зірки відрізняються один від одного (це і враховано в сучасній оцінці відстань до Сиріуса). Тому визначення відстаней до них і зараз часто залишається дуже важким, а іноді і просто нерозв'язною задачею для астрономів, хоча з часу Гюйгенса придумано для цього немало нових способів.

Чудова ідея Бруно і заснований на ній розрахунок Гюйгенса сталі рішучим кроком до оволодіння таємними Всесвіту. Завдяки цьому межі наших знань про світ сильно розсувалися, вони вийшли за межі Сонячної системи і досягли зір.

Галактика

З XVII століття найважливішою метою астрономів стало вивчення Чумацького Шляху – цього гігантського збору зірок, які Галілей побачив в свій телескоп. Зусилля багатьох поколінь астрономів – спостерігачів були націлені на те, щоб взнати, який повне число зірок Чумацького Шляху, визначити його дійсну форму і межі, оцінити розміри. Лише в XIX столітті вдалося зрозуміти, що це єдина система, що містить в собі всі видимі зірки. На рівних правах зі всіма входить в цю систему і наше Сонце, а з ним Земля і планети. Причому розташовуються вони далеко не в її центрі, а на її околиці.

Були потрібно ще багато десятиріч ретельних спостережень і глибоких роздумів, перш ніж перед астрономами розкрилася у всій повноті будова Галактики. Так стали називати зоряну систему, яку ми бачимо, – звичайно, зсередини – як смугу Чумацького Шляху. (Слово «галактика» утворено від новогрецького «галактикос», що значить «молочний».)

Виявилося, що Галактика має досить правильну будову і форму, не дивлячись на видиму клочковатість Чумацького Шляху, на безладність, з якою, як нам здається, розсіяні зірки по небу. Вона складається з диска, гало і корони. Як видно з схематичного малюнка, диск є як би двома складені краями тарілками. Він утворений зірками, які усередині цього об'єму рухаються по майже кругових орбітах навкруги центру Галактики.

Діаметр диска зміряний – він складає приблизно 100 тисяч світлових літ. Це означає, що світлу буде потрібно сто тисяч літ, щоб перетнути диск з кінця в кінець по діаметру. Ось скільки величезна Галактика ! А число зірок в диску – приблизно сто мільярдів.

В гало міститься порівнянне з цим число зір. (Слово «гало» означає «круглий».) Вони заповнюють злегка сплюснутий сферичний об'єм і рухаються не по кругових, а по сильно витягнутих орбітах. Площини цих орбіт проходять через центр Галактики. По різних напрямах вони розподілені довше або менш рівномірно.

Диск і оточуюче його гало занурені в корону. Якщо радіуси диска і гало порівнянні між собою по величині, то радіус корони в п'ять, а може бути, і вдесятеро більше. Чому «може бути»? Так тому що вона невидима – з неї не виходить ніякого світла. Як же дізналися тоді про неї астрономи?

Всі тіла в природі створюють тяжіння і випробовують його дію. Про це говорить Закон всесвітнього тяжіння, відкритий Ньютоном. Ось і про корону взнали не по світлу, а по створюваному нею тяжінню. Воно діє на видимі зірки, на випромінюючі світло хмари газу. Спостерігаючи за рухом цих тіл, астрономи і помітили: на них окрім диска і гало діє щось ще.

Детальне вивчення цього «щось» і дозволило врешті-решт знайти корону, яка створює додаткове тяжіння. Вона виявилася дуже масивною – у декілька разів більше маси всіх зірок, що входять в диск і гало.

Такі відомості, отримані радянським астрономом Я. Ейнасто і його співробітниками в Тартуськой обсерваторії.

Звичайно, вивчати невидиму корону дуже важко. Через це і не дуже точні поки оцінки її розмірів і маси. Але її головна загадка в іншому: ми не знаємо, з чого вона полягає. Ми не знаємо, чи є в ній зірки, хай навіть і якісь незвичайні, зовсім не випромінюючі світло.

Зараз багато хто припускає, що її маса складається зовсім не із зірок, а з найдрібніших елементарних частинок – нейтрино. Ці частинки відомі фізикам вже давно, але і самі по собі вони теж в значній мірі залишаються загадковими. Невідомо про них, можна сказати, найголовніше: чи є у них маса спокою, тобто така маса, якої частинка володіє в стані, коли вона не рухається, а стоїть на місці. Більшість елементарних частинок таку масу має.

Це, наприклад, електрон, протон, нейтрон, з яких складаються всі атоми. А ось у фотона, кванта світла, її ні. Фотони існують лише в русі. Нейтрино могли б служити матеріалом для корони, але лише в тому випадку, якщо у них є маса спокою.

Легко уявити собі, з яким нетерпінням чекають астрономи звісток з фізичних лабораторій, де ставляться зараз спеціальні експерименти, щоб з'ясувати, чи є у нейтрино маса спокою чи ні. Можливо, саме фізики і вирішать загадку невидимої корони.

Зоряні світи

До початку нашого століття межі розвіданого Всесвіту розсувалися настільки, що включили Галактику. Багато хто, якщо не все, думали тоді, що ця величезна зоряна система і є весь Всесвіт в цілому.

Але в 20-е роки були побудовані нові крупні телескопи, і перед астрономами відкрилися абсолютно несподівані горизонти. Виявилося, що за межами Галактики мир не кінчається. Мільярди зоряних систем, галактик, схожих на нашу і відмінних від неї, розсіяні тут і там по просторах Всесвіту.

Фотографії галактик, зроблені за допомогою найбільших телескопів, вражають красою і різноманітністю форм: це і могутні вихори зоряних хмар, і правильні кулі, а інші зоряні системи взагалі не знаходять ніяких певних форм.

Всі ці типи галактик – спіральні, еліптичні, неправильні, – назви, що отримали, по своєму вигляду на фотографіях, відкриті американським астрономом Е. Хабблом в 20-30-е роки нашого століття.

Якби ми могли побачити нашу Галактику здалеку, то вона з'явилася б перед нами зовсім не такій, як на схематичному малюнку, по якому ми знайомилися з її будовою. Ми не побачили б ні диска, ні гало, ні, природно, корони, яка і взагалі-то невидима. З великих відстаней би були видні лише найяскравіші зірки. А всі вони, як з'ясувалося, зібрані в широкі смуги, які дугами виходять з центральної області Галактики. Найяскравіші зірки утворюють її спіральний узор. Тільки цей узор і б був помітний здалеку. Наша Галактика на знімку, зробленому астрономом з якогось зоряного світу, виглядала б дуже схожою на туманність Андромеди.

Дослідження останніх роки показали, що багато крупних спіральних галактик володіють – як і наша Галактика – протяжними і масивними невидимими коронами. Це дуже важливо: адже якщо так, то, значить, і взагалі мало не вся маса Всесвіту (або, в усякому разі, основна її частина) – це загадкова, невидима, але тяжіюча «прихована маса».

Багато хто, а може бути, і майже всі галактики зібрані в різні колективи, які називають групами, скупченнями і надскупченнями, дивлячись по тому, скільки їх там. До групи може входити всього три або чотири галактики, а в надскупчення – до тисячі або навіть декілька десятків тисяч. Наша Галактика, туманність Андромеди і ще більше тисячі таких же об'єктів входять в так зване місцеве надскупчення. Воно не має чітко обкресленої форми.

Приблизно так само влаштовані і інші надскупчення, які лежать далеко від нас, але досить виразно помітні в сучасні крупні телескопи.

До недавнього часу астрономи вважали, що ці об'єкти – найкрупніші утворення у Всесвіті і що які-небудь ще більші системи відсутні. Але з'ясувалося, що це не так. Кілька років тому астрономи склали дивну карту Всесвіту. На ній кожна галактика представлена всього лише крапкою. На перший погляд вони розсіяні на карті хаотично. Якщо ж придивитися уважно, то можна знайти групи, скупчення і надскупчення, які виглядають тут ланцюжками крапок. Але що примітніше всього, карта дозволяє знайти, що деякі такі ланцюжки з'єднуються і перетинаються, утворюючи якийсь сітчастий або комірчастий узор, що нагадує мережива або, можливо, бджолині стільники з розмірами осередків в 100-300 мільйонів світлових літ.

Чи покривають такі «сітки» весь Всесвіт, ще належить з'ясувати. Але декілька окремих осередків, обкреслених надскупченнями, вдалося детально вивчити. Усередині них галактик майже немає, всі вони зібрані в «стінки».

Осередок – ця попередня, робоча назва для найкрупнішої освіти у Всесвіті. Більш крупних систем в природі немає. Це показує карта Всесвіту. Астрономія досягла нарешті завершення однією з найграндіозніших своїх задач: вся послідовність, або, як ще говорять, ієрархія, астрономічних систем тепер цілком відома. Та все ж...

Всесвіт

Більше всього на світі – сам Всесвіт, що охоплює і включає всі планети, зірки, галактики, скупчення, надскупчення і осередки. Дальність дії сучасних телескопів досягає декількох мільярдів світлових років.

Планети, зірки, галактики вражають нас дивною різноманітністю своїх властивостей, складністю будови. А як влаштований весь Всесвіт в цілому?

Його головна властивість – однорідність. Про це можна сказати і точніше. Уявимо собі, що ми в думках виділили у Всесвіті дуже великий кубічний об'єм, з ребром в 500 мільйонів світлових літ. Підрахуємо, скільки в ньому галактик. Зробимо такі ж підрахунки для інших, але таких же гігантських об'ємів, розташованих в різних частинах Всесвіту. Якщо все це виконати і порівняти результати, то виявиться, що в кожному з них, де б їх ні брати, міститься однакове число галактик. Те ж саме буде і при підрахунку скупчень або навіть осередків.

Всесвіт предстає перед нами усюди однаковий – «суцільний» і однорідний. Простішого устрою і не придумати. Потрібно сказати, що про це люди вже давно підозрювали. Указуючи з міркувань максимальної простоти пристрою на загальну однорідність світу, чудовий мислитель Паскаль (1623-1662 рр.) говорив, що мир – це круг, центр якого скрізь, а коло ніде. Так за допомогою наочного геометричного образу він затверджував однорідність світу.

В однорідному світі всі «місця» рівноправні і будь-яке з них може претендувати на те, що воно – центр світу. А якщо так, то, значить, ніякого центру світу зовсім не існує.

У Всесвіту є і ще одна найважливіша властивість, але про нього ніколи навіть і не здогадувалися. Всесвіт знаходитися в русі – він розширяється. Відстань між скупченнями і надскупченнями постійно зростає. Вони як би розбігаються один від одного. А мережа комірчастої структури розтягується.

У всі часи люди вважали за краще рахувати Всесвіт вічної і незмінної. Ця точка зору панувала аж до 20-х років нашого століття. У той час вважалося, що вона обмежена розмірами нашої Галактики. Шляхи можуть народжуватися і вмирати, Галактика все одно залишається все тієї ж, як незмінним залишається ліс, в якому покоління за поколінням зміняються дерева.

Справжній переворот в науці про Всесвіт призвели в 1922 – 1924 роках роботи ленінградського математика і фізика А. Фрідмана. Спираючись на тільки що створену тоді А. Ейнштейном загальну теорію відносності, він математично довів, що мир – це не щось застигле і незмінне. Як єдине ціле він живе своїм динамічним життям, змінюється в часі, розширяючись або стискаючись по строго певних законах.

Фрідман відкрив рухливість зоряного Всесвіту. Це був теоретичний прогноз, а вибір між розширенням і стисненням потрібно зробити на підставі астрономічних спостережень. Такі спостереження в 1928 – 1929 роках вдалося виконати Хабблу, відомому вже нам досліднику галактик.

Він знайшов, що далекі галактики і цілі їх колективи рухаються, віддаляючись від нас у всі сторони. Але так і повинне виглядати, відповідно до прогнозів Фрідмана, загальне розширення Всесвіту.

Звичайно, це не означає, що галактики розбігаються саме від нас. Інакше ми повернулися б до старих переконань, до докоперникової картини світу із Землею в центрі. Насправді загальне розширення Всесвіту відбувається так, що всі вони віддаляються один від одного, і з будь-якого місця картина цього розгону виглядає так, як ми бачимо її з нашої планети.

Якщо Всесвіт розширяється, то, значить, у далекому минулому скупчення ближче один до одного. Більш того: з теорії Фрідмана слідує, що п'ятнадцять - двадцять мільярдів років тому ні зірок, ні галактик ще не було і вся речовина була перемішана і стисло до колосальної густини. Ця речовина була тоді і немислимо гарячимо. З такого особливого стану і почалося загальне розширення, яке привело з часом до утворення Всесвіту, якого ми бачимо і знаємо її зараз.

Загальні уявлення про будову Всесвіту складалися протягом всієї історії астрономії. Проте тільки в нашому столітті змогла з'явитися сучасна наука про будову і еволюцію Вселеної – космологія.

Висновок

Ми знаємо будову Всесвіту у величезному об'ємі простору, для перетину якого світлу потрібні мільярди років. Але допитлива думка людини прагне проникнути далі.

Що лежить за межами спостережуваної області світу?

Чи нескінченний Всесвіт за об'ємом? І її розширення – чому воно почалося і чи буде воно завжди продовжуватися в майбутньому?

А яким є походження «прихованої маси»?

І нарешті, як зародилося розумне життя у Всесвіті? Чи є воно ще де-небудь окрім нашої планети?

Остаточні і повні відповіді на ці питання поки відсутні.

Всесвіт невичерпний. Невичерпне і жадання знання, що примушує людей задавати всі нові і нові питання про світ і настирливо шукати відповіді на них.

Список використаної літератури:

1.  Клімишин І. А.; „Астрономія наших днів”; М.; «Наука», 1976 р.;

2.  Коптев Ю.І., Нікітін С.А.; „Космос” Збірка; М.; 1987 р.;

3.  Томілін А.Н.; „Небо Землі. Нариси по історії астрономії”; Л., 1974 р.;

4.  Ерпілов Н.П.; „Енциклопедичний словник юного астронома”; М.: Педагогіка, 1986 р.