СТРОЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

Определения и обозначения

Вселенная — весь окружающий нас мир: пространство, время, вещество, излучение и все космические объекты. Астрономия изучает не обязательно всё существующее, а доступную наблюдениям область. Это различие нужно, чтобы не принимать границы наших приборов за настоящие границы Вселенной.

Галактика — огромная гравитационно связанная система звёзд, газа, пыли и тёмной материи. Гравитация удерживает её части вместе, хотя расстояния между звёздами могут быть колоссальными. Понятие галактики помогает рассматривать множество звёздных систем как единый космический объект.

Млечный Путь — галактика, в которой находятся Солнце и Солнечная система. Это не отдельная звезда и не светлая полоса сама по себе, а название всей нашей галактики. Среди множества галактик Млечный Путь является одной из обычных спиральных галактик.

Скопление галактик — группа галактик, связанных взаимным притяжением. Такие системы могут включать десятки, сотни и даже тысячи галактик. Группы и скопления, в свою очередь, входят в ещё более крупные структуры космической материи.

Как это устроено

Космические объекты образуют иерархию, потому что гравитация собирает вещество в связанные системы разных размеров. Планеты обращаются вокруг звёзд, а звёздные системы находятся внутри галактик. Галактики могут объединяться в группы и скопления, а те располагаются в ещё более протяжённых структурах. Поэтому один объект можно одновременно описать на нескольких уровнях.

Различать размеры и расстояния необходимо из-за огромного диапазона космических масштабов. Километры удобны для расстояний в Солнечной системе, но неудобны при сравнении звёзд. Для расстояний до звёзд используют световые годы, а для межгалактических расстояний — ещё более крупные единицы. Световой год показывает путь света за год, поэтому расстояние до объекта связано и с тем, насколько далёкое прошлое мы видим.

Солнечная система расположена в галактике Млечный Путь, в одном из её спиральных рукавов, на значительном расстоянии от центра. В центре галактики находится область с очень большой концентрацией звёзд и вещества, а Солнце обращается вокруг галактического центра. Млечный Путь не занимает особого положения во Вселенной: это одна из огромного множества галактик. Такое сравнение меняет представление о масштабах нашего космического окружения.

На небольших расстояниях галактики выглядят отдельными системами, но при увеличении области наблюдения становятся заметны группы, скопления, нити и пустоты. Поэтому картина распределения вещества зависит от выбранного масштаба. Вселенная не выглядит одинаково на всех расстояниях: локальные структуры сменяются крупномасштабной сетью. Наконец, наблюдаемая Вселенная не равна Вселенной в целом, поскольку свет от достаточно удалённых областей ещё не успел дойти до нас.

Уровни строения Вселенной

Таблицу следует читать снизу вверх или сверху вниз как цепочку вложенных уровней. Каждый следующий уровень охватывает предыдущий и имеет значительно больший размер. При описании объекта сначала определяют его собственный уровень, а затем устанавливают, в какую более крупную структуру он входит.

Разбор задач

Задача 1. Иерархия объектов

Условие: упорядочить Солнечную систему, Млечный Путь и скопление галактик от меньшей структуры к большей.

1. Солнечная система включает одну звезду и тела, обращающиеся вокруг неё, поэтому это самый малый из трёх объектов.
2. Млечный Путь содержит Солнечную систему и огромное количество других звёздных систем, значит, он занимает следующий уровень.
3. Скопление галактик включает Млечный Путь и другие галактики, поэтому оно крупнее отдельной галактики.

Ответ: Солнечная система → Млечный Путь → скопление галактик.

Задача 2. Положение Солнечной системы

Условие: определить, к какой галактике относится Солнечная система и в какой части космоса находится эта галактика относительно скоплений.

1. Солнце является звездой, вокруг которой обращаются планеты, поэтому ближайшая система называется Солнечной.
2. Солнечная система входит в состав Млечного Пути, потому что Млечный Путь — галактика, содержащая Солнце.
3. Млечный Путь может входить в группу или скопление галактик, а такая структура является частью ещё более крупного распределения вещества.

Ответ: Солнечная система находится в Млечном Пути; сама галактика является частью более крупной системы галактик.

Задача 3. Световой год и время наблюдения

Условие: до объекта A расстояние 12 световых лет, а до объекта B — 5 световых лет. Сравнить время распространения света и объяснить, какое прошлое мы наблюдаем.

1. Один световой год — путь, который свет проходит за один год, поэтому свет от объекта A идёт к нам 12 лет.
2. Свет от объекта B идёт 5 лет, так как расстояние до него равно пяти световым годам.
3. Вычитаем времена: 12 − 5 = 7 лет. Значит, объект A виден на 7 лет более ранней стадии, чем объект B.

Ответ: свет от объекта A идёт 12 лет, от объекта B — 5 лет; A наблюдается на 7 лет более далёким прошлым.

Типичные ошибки

Световой год считают единицей времени. Ошибка возникает из-за слова «год» в названии. Проверьте себя: если величина показывает путь света, это единица расстояния, а не длительности.

Солнечную систему называют галактикой. Солнечная система состоит из Солнца и связанных с ним тел, тогда как галактика содержит множество звёздных систем. Проверка проста: спросите, сколько звёздных систем входит в рассматриваемый объект.

Группу галактик смешивают с отдельной галактикой. Галактика — один гравитационно связанный комплекс, а группа или скопление объединяет несколько таких комплексов. Определить масштаб можно по составу: если перечисляются разные галактики, речь идёт о более крупной структуре.

Наблюдаемую Вселенную отождествляют со всей Вселенной. Мы получаем информацию только от тех областей, свет которых успел прийти. Если объект расположен слишком далеко, его излучение ещё не достигло наблюдателя, поэтому область наблюдений ограничена.

Связь с другими темами

Для понимания строения Вселенной нужны знания о звёздах, планетах и Солнечной системе. Также необходимо учитывать, что свет распространяется с конечной скоростью: именно поэтому расстояние связано с временем наблюдения.

Гравитация объясняет, почему планеты удерживаются около звёзд, звёзды — в галактиках, а галактики — в группах и скоплениях. Без представления о гравитационном взаимодействии невозможно понять устойчивость космических систем.

Иерархия масштабов пригодится при изучении звёздной эволюции, строения галактик и космологии. Она позволяет связывать свойства отдельного объекта с устройством окружающего космоса.

Что запомнить

• Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь.
• Галактики могут объединяться в группы и скопления.
• Строение Вселенной рассматривают на разных масштабах — от звёздных систем до крупных структур.
• Световой год — единица расстояния.
• Удалённые объекты мы наблюдаем такими, какими они были в прошлом.
• Наблюдаемая Вселенная — только та область, свет от которой успел дойти до наблюдателя.