4.11. Что изучает космология? Как устроена наша галактика?
Космология – наука о происхождении и эволюции объектов макромира (планет, звёзд, галактик). Знания о пространстве и времени нельзя считать полными, если не рассматривать пространство как всю Вселенную, а время – как историю ее эволюции. Описание структуры Вселенной состоит в представлении о том, что в основном это пустое пространство (или по современной терминологии – физический вакуум). Большая часть излучающего вещества сосредоточена в звездах.
Солнце с Землей и другими планетами Солнечной системы, видные невооружённым глазом звезды и большинство звезд, наблюдаемых с помощью телескопов, составляют огромную звёздную систему – нашу Галактику. Она насчитывает не менее 100 миллиардов звезд различных типов. Общая их масса составляет величину порядка 1011 масс Солнца. Кроме того, в Галактике есть межзвёздная пыль и газ, масса которых достигает 5% от массы всех звезд.
Земной наблюдатель видит Галактику в виде Млечного пути. Солнце и его планеты находятся внутри основания Галактики, имеющего форму линзы (Рис. 5) размером до 100 тыс. световых лет (см. Приложение 3) в поперечнике и толщиной до 12 тыс. св. лет в центральной части.
Ближайшие к нам галактики – Большие и Малые Магеллановы облака (расстояние от Земли – 76 тыс. и 83 тыс. св. лет соответственно). Ещё одна видимая невооружённым глазом галактика – туманность Аидромеды, удаленная на 1,5 млн. св. лет. Но и такие гигантские по нашим представлениям космические образования являются лишь малыми частями Вселенной. С помощью мощных телескопов можно наблюдать и гораздо более удаленные галактики, свет от которых проходит миллиарды лет.
Совокупность галактик всех типов образуют МЕТАГАЛАКТИКУ. Под Метагалактикой в космологии понимают область окружающего пространства Вселенной, доступную для наблюдения. По мере перехода от отдельных галактик к системам более высокой степени организованности (группы скоплений, сверхскоплений и т.д.) пространственное распределение вещества во Вселенной оказывается все более равномерным. То есть, метагалактика представляется ОДНОРОДНОЙ В БОЛЬШИХ МАСШТАБАХ наблюдений (более 300…500 млн. св. лет).
В меньших масштабах вещество распределено очень неоднородно: звезды собраны в галактики, галактики – в скопления. Сформировалась ячеистая структура Вселенной. Размер этих ячеек составляет около 100...200 млн. световых лет. Сжатые облака, находящиеся на стенках ячеек – это места, где в дальнейшем образуются галактики.
Рис. 5. Схема строения нашей Галактики в поперечном разрезе. Обозначения: 1 – сферическая зона; 2 – диск; 3 – ядро; 4 – слой газопылевых облаков; 5 – корона. Точками показаны некоторые шаровые скопления [24]
Средняя плотность вещества по всем направлениям достигает величины одного порядка (710–30 г/см3). Однородность Вселенной подтверждается ИЗОТРОПНОСТЬЮ (п. 4.3) реликтового излучения (см. ниже). Это особый тип космического излучения, в свойствах которого «записана» информация о процессах, протекавших во Вселенной ранее. Реликтовое излучение впервые экспериментально обнаружили американские радиоастрономы А. Пензиас и Р. Вилсон (1965 г.).