17.04,2020.гр.841 лекция происхождение и эволюция вселенной

1.изучите лекционный материал и выполните конспект

2 Выполните тестовое задание(в конце лекции) оформите в виде файла микрософворд

И высылайте срочно.Ответы в новой программа высвечиваются и проверяются деканом и зам .директора.

3.просмотрите презентациюhttps://nsportal.ru/sites/default/files/2011/12/13/teoriya_bolshogo_vzryva.ppt

Происхождение Вселенной .Современный этап исследования Вселенной

Темная материя и темная энергия

Исследуя собственное вращение галактик, астрономы обратили внимание на то, что скорости звезд, расположенных на периферии галактик, и скорости спутников галактик заметно выше той, которую они имели бы, если бы всё вещество галактики было сосредоточено в звёздах, газе и пыли.

Наблюдения указывают на то, что в галактиках имеется не излучающая свет тёмная материя, которая по массе в несколько раз превышает суммарную массу всех звёзд. Это несветящееся вещество не участвует в электромагнитном взаимодействии, слабо проявляется в ядерном и слабом взаимодействиях, поэтому оно себя не обнаруживает. В основном оно участвует в гравитационном взаимодействии.

Природа этой материи пока не ясна, но она вносит основной вклад в массу галактик. Поэтому ранее приведенное значение средней плотности Вселенной нужно увеличить почти в три раза.

Делать выводы о бесконечном расширении Вселенной пока преждевременно, так как ряд наблюдении указывают на существование во Вселенной более экзотической по свойствам материи, которая получила название темной энергии. По своей массе она превышает все другие формы материи (см. рис. выше) и вносит основной вклад в расширение Вселенной (см. рис.).

Проявление тёмной энергии было обнаружено по наблюдениям вспышек сверхновых звёзд в очень далёких галактиках. Удалось независимо от метода измерения расстояния по красному смещению линий в спектрах далёких галактик и закону Хаббла определять расстояние до них. Оказалось, что это расстояние больше, чем даст закон Хаббла. Отсюда следовало, что на таких расстояниях расширение происходит с ускорением, т. е. во Вселенной проявляет себя новая сила отталкивания, которая является определяющей в больших масштабах, а на малых расстояниях ею можно пренебречь. Природа тёмной энергии и связанная с ней сила отталкивания пока не известны. Так что, по мнению учёных, средняя плотность Вселенной равна критической плотности и основной вклад в неё вносит тёмная энергия.

Свойство тёмной энергии совершенно необычное, она проявляет себя только в гравитационном взаимодействии и не участвует в слабом, ядерном и электромагнитном взаимодействиях. Она проявляет себя как сила отталкивания, пропорциональная расстоянию между телами. Плотность тёмной энергии постоянна во времени. Так как по мере расширения объём Вселенной увеличивается, то плотность обычной и тёмной материи уменьшается (масса этих видов материи не меняется). Поэтому, начиная с определенного момента времени, масса тёмной энергии будет превышать массу остальных видов материи и она будет оказывать основное влияние на гравитацию Вселенной. Наблюдения показали, что ускоренное расширение показывают галактики, которые находятся на расстоянии около 6 млрд. св. лет от нас. Это означает, что темная материя и энергия стала преобладать над обычной материей, когда возраст Вселенной был около 7 млрд. лет.

Экзопланеты

В начале XIX в., изучая собственное движение звёзд, астрономы обратили внимание на то, что движение Сириуса не было прямолинейным, он испытывал периодические отклонения от прямой траектории. Было предположение, что вокруг Сириуса вращается невидимая звезда, которая своим притяжением приводит к видимым колебаниям Сириуса.

Когда для наблюдений стали использовать более мощные телескопы, около Сириуса обнаружили слабенькую звезду – белый карлик. Это открытие подтолкнуло астрономов к более тщательному исследованию движений звёзд.

На рисунке показано изменение положения близкой к нам звезды Барнарда за 16 лет. На вид траектория движения – прямая линия на фоне далёких звёзд. Но более детальное исследование выявило криволинейную траекторию звезды, что объясняется возмущающим действием тёмных спутников.

Теоретический анализ движения показал существование вокруг неё трёх спутников. Первый находится на расстоянии 1,8 а.е., второй – 2,8 а.е., третий – 4,5 а.е. от звезды Барнарда, а их массы соответственно равны 1,3, 0,6, 0,7 массы Юпитера (см. рис. гипотетической экзопланеты у звезды Барнарда ).

Возможно, вокруг звезды вращаются и менее массивные спутники с массами, сравнимыми с массой Земли, но их влияние на движение звезды настолько мало, что их трудно обнаружить.

В настоящее время для поиска планет за пределами Солнечной системы (экзопланет) используют и другие методы, основанные на наблюдениях: по ослаблению света от звезды, когда планета проходит по ее диску и заслоняет часть звезды; по измерению доплеровского смещения спектральных линий в звёздном спектре из-за движения звезды вокруг центра масс звезды и экзопланеты.

Трудность поиска экзопланет состоит в том, что для обнаружения планеты типа Земля скорости, которые нужно измерить, составляют несколько метров в секунду, а ослабление света звезды составит доли процента.

Несмотря на все трудности, к настоящему времени обнаружено 4000 экзопланет. В основном это планеты-гиганты. Среди них сотни планет с массами, сравнимыми с массой Земли, и около 40 экзопланет, расположенных на расстояниях от звезды, на которых они получают достаточно тепла для формирования комфортных условий поверхности (см. рис.). Среди них есть близкие к Земле, например планеты, расположенные около звезды  Кита.

Теперь основная цель наблюдений – обнаружение атмосферы у этих экзопланет и определение её химического состава. Если в химическом составе будет обнаружен кислород, углекислый газ, метан, то на этих планетах возможно наличие жизни.

Открытие большого числа экзопланет заставило ученых исследовать проблемы возникновения и эволюции жизни на планетах. Так, вне зоны, благоприятной для жизни вокруг Солнца, на спутнике Юпитера Европе под ледяной корой существует гигантский тёплый водяной океан, подогреваемый теплом, выделяемым за счёт действия приливных сил со стороны Юпитера и соседних спутников. В этом океане могут существовать и развиваться живые организмы. Поэтому в будущем планируются запуски спускаемых аппаратов на Европу, которые проникнут в этот океан.

Более того, высказывались обоснованные предположения о существовании жизни на поверхности спутника Сатурна Титана, на котором обнаружены реки и озёра с жидким метаном и метановые облака. Как считают ученые, при тех низких температурах метан по своим физическим свойствам похож на воду при земных условиях и может служить основой для жизни.

Поиски жизни и разума во Вселенной

Раньше считалось, что Земля является центром Вселенной и жизнь существует только на Земле.

Первые телескопические наблюдения Г. Галилея показали, что на Луне видны горы и моря, как на Земле. Напрашивался вывод о возможности жизни на ней.

Эти мысли ясно выразил Дж. Бруно, ярый приверженец теории Коперника. Он писал: «Существуют бесчисленные солнца, бесчисленные земли, которые кружатся вокруг своих солнц, подобно тому, как паши семь планет кружатся вокруг нашего Солнца... На этих мирах обитают живые существа.

Многие астрономы искали проявление жизни на планетах Солнечной системы. Так, открытие Дж. Скиапарелли каналов и морей на Марсе во время Великого противостояния планеты в конце XIX в. вызвало большой интерес к проблеме связи с марсианской цивилизацией. Предлагали прорубить в сибирской тайге просеки в виде теоремы Пифагора с гигантскими квадратами на катетах и гипотенузе, засеять их пшеницей, и тогда на зелёном фоне тайги марсиане увидят этот рисунок и в конце концов дадут нам знать о себе.

К проблеме поиска связи с внеземными цивилизациями учёные обратились в конце 50-60 гг. XX в. Учёные К. Саган, Ф.Дрейк и И. Шкловский попытались на основе знаний из астрономии, биологии, химии, социологии и других естественных наук оценить количество разумных цивилизаций в нашей Галактике, с которыми мы могли бы надеяться связаться в настоящее время. Фрэнк Дрейк предложил следующую формулу для оценки числа N цивилизаций в Галактике:

N = RfnkdqТ,

где R –скорость образования звёзд спектральных классов от F до М. Время жизни этих звёзд свыше 4 млрд. лет, что достаточно для возникновения и эволюции жизни до разумной на планете;

f – доля звёзд, имеющих планетные системы, т.е. полагают, что все солнцеподобные звёзды имеют планетные системы;

n – среднее число планет в планетной системе, имеющих благоприятные для жизни условия (в Солнечной системе только Земля, т. е. п = 1/8);

k – доля планет, у которых при хороших условиях рано или поздно жизнь обязательно возникнет, как на Земле;

d – доля планет, где жизнь возникла и благодаря естественному отбору эволюционировала в разумную;

q – доля возникших высокоразвитых цивилизаций, у которых появилось желание и возможность связи с другими цивилизациями;

Т – время жизни высокоразвитой цивилизации в годах. Полагают, что наша высокоразвитая цивилизация уже прожила почти 60 лет, начиная с того момента, как мы построили радиотелескопы и получили возможность посылать сигналы с Земли и принимать сигналы из космоса. Если мы не уничтожим сами себя, то наша цивилизация просуществует несколько миллионов лет.

Расчёты показали, что в Млечном Пути должно быть от одной цивилизации (нашей земной) до миллиона. В крупные радиотелескопы астрономы пытаются услышать эти цивилизации. Первые наблюдения в рамках поиска внеземных цивилизаций были проведены в 1960 г. Тогда астрономы, используя радиотелескоп с диаметром антенны в 25 м, прослушивали две близкие звезды, похожие на Солнце,  Кита и  Эридана в надежде услышать радиосигналы искусственной природы. Сигналы пока так и не были обнаружены.

С помощью гигантских антенн радиотелескопов Центра дальней космической связи в Евпатории (см. рис.) были отправлены послания в сторону нескольких ближайших звёзд, похожих на наше Солнце.

В 1974 г с радиотелескопа в Аресибо было отправлено послание а (см. рис.) в сторону шарового скоплении М13 в созвездии Геркулеса, содержащее 1679 бит информации и посланное из радиочастоте 2380 МГц (длина волны 12,6 см).

Сообщение представляет собой развёртку кадра с 23 столбцами и 73 строками. На развертке изображена фигура человека и схема Солнечной системы. Справа указан рост в единицах длины волны (1412,6 см = 176 см). Слева численность населения Земли (около 4 млрд. человек, в двоичной системе). В верхней части – последовательность чисел от 1 до 10 в двоичном коде. Затем следует последовательность чисел 1, 6, 7, 8 и 15 – порядковые номера важнейших для нас химических элементов: водорода, углерода. азота, кислорода и фосфора. Под ними 12 групп из пяти чисел каждая – это формулы важнейших для жизни молекул (см. рис.). И ещё ниже – двойная спираль молекулы ДНК. До скопления М13 сигнал будет двигаться 25 000 лет и обратно столько же, если нам ответят. Так что через 50 000 лет мы всё узнаем!

Список использованных источников

1. Агекян, Т. А. Звезды, галактики, Метагалактика / Т. А. Агекян. – Москва: Наука, 1981. – 416 с.

2. Астрономия: век XXI / Ред.-сост. В. Г. Сурдин. – Фрязино: Век-2, 2007. – 608 с.

3. Воронцов-Вельяминов, Б. А. Очерки о Вселенной / Б. А. Воронцов-Вельяминов. – Москва: Наука, 1980. – 672 с.

4. Галузо, И. В. Астрономия. Учеб. для 11-го кл. учреждений общ. сред. образования с рус. яз. обучения / И. В. Галузо, В. А. Голубев, А. А. Шимбалёв. – Минск: Адукацыя і выхаванне, 2015. – 224 с.

5. Дагаев, М. М. Книга для чтения по астрономии. Астрофизика. Учеб. пособие для учащихся 8-10 кл. / М. М Дагаев, В. М. Чаругин. – Москва: Просвещение, 1988. – 207 с.

6. Данлоп, С. Азбука звездного неба. Ч.1. Начала астрономии / С. Данлоп. – Москва: Мир, 1990. – 235 с.

7. Зигель, Ф. Ю. Астрономы наблюдают / Ф.Ю. Зигель. – Москва: Наука, 1977. – 192 с.

8. Климишин, И. А. Календарь и хронология / И. А. Климишин. – Москва: Наука, 1985. – 320 с.

9. Левитан, Е. П. Астрономия. Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / Е. П. Левитан. – Москва: Просвещение, 1994. – 207 с.

10. Ляхова, К.А. Популярная история астрономии и космонавтики / К.А. Ляхова. – Москва: Вече, 2002. – 496 с.

11. Найдыш, В. М. Концепции современного естествознания. Учебник / В. М. Найдыш. – Москва: Альфа-М; ИНРА-М, 2005. – 622 с.

12. Петров, Б. Н. Космические исследования и научно-технический прогресс / Б. Н. Петров. – Москва: Знание, 1971. – 48 с.

13. Порфирьев, В. В. Астрономия. Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / В. В. Порфирьев. – Москва: Просвещение, 2003. – 174 с.

14. Тебиева, Д.И. Планетология. Учеб. пособие / Д. И. Тебиева. – Владикавказ: Изд-во СОГУ, 2015. – 232 с.

15. Фламмарион, К. Общедоступная астрономия / К. Фламмарион. – Берлин: Гос. изд-во РСФСР, 1922. – 245 с.

16. Фролов, В. П. Введение в физику черных дыр / В. П. Фролов. – Москва: Знание, 1983. – 66 с.

17. Чаругин, В. М. Астрономия. 10-11 классы. Учеб. для общеобразоват. организаций: базовый уровень / В. М. Чаругин. – Москва: Просвещение, 2018. – 144 с.

18. Звёздный сёрфинг. Сайт о Космосе, Вселенной и Земле... [Электронный ресурс]. – URL http://espogor.ru

19. Исследование планет Солнечной системы [Электронный ресурс]. – URL https://spravochnick.ru/astronomiya/issledovanie_planet_solnechnoy_sistemy/

20. История освоения космоса [Электронный ресурс]. – URL https://www.svastour.ru/articles/raznoe/istoriya-osvoeniya-kosmosa.html

21. Новости астрономии и космонавтики [Электронный ресурс]. – URL https://kosmos-x.net.ru

22. Происхождение солнечной системы [Электронный ресурс]. – URL http://mirznanii.com/a/183/proiskhozhdenie-solnechnoy-sistemy

23. Развитие российской космонавтики [Электронный ресурс]. – URL http://www.chaltlib.ru/articles/resurs/jubilei_goda/god_rossijjskojj_kosmonavtik/vazhnejjshie_etapy_razvitija_rossijjskojj_kosmonavtiki/

Выполните тестовое задание

Будьте внимательны! . Система оценивания - 5 балльная. Разбалловка теста - 3,4,5 баллов, в зависимости от сложности вопроса. . Удачи!

Система оценки: 5 балльная

Список вопросов теста

Вопрос 1

Раздел астрономии, изучающий свойства, строение и эволюцию Вселенной в целом.

Вопрос 2

Вселенная - это

Варианты ответов

• совокупность наблюдаемых галактик всех типов.

• совокупность наблюдаемых скоплений галактик всех типов.

• межгалактическая среда.

• совокупность наблюдаемых галактик всех типов и их скоплений, а также межгалактической среды.

Вопрос 3

Первая научно обоснованная космологическая модель Вселенной.

Варианты ответов

• Геоцентрическая система мира Аристотеля - Птолемея.

• Геоцентрическая система мира Коперника.

• Космологическая модель древних индийцев, в которой земля покоится на трёх слонах, которые стоят на спине черепахи, плывущей в безграничном космосе.

• Модель горячей Вселенной.

• ΛCDM модель.

Вопрос 4

О чём свидетельствует красное смещение в спектрах галактик?

Варианты ответов

• Вселенная расширяется

• Вселенная стационарна

• Вселенная нестационарна

• Вселенная сжимается

• Вселенная расширяется с ускорением

Вопрос 5

Укажите учёных, заложивших фундамент космологической модели расширяющейся Вселенной.

Варианты ответов

• А. Эйнштейн

• А. Фридман

• Г. Гамов

• Ж. Леметр

• Э. Хаббл

Вопрос 6

Сравнение смещений спектральных линий в различных частях одной и той же галактики показывает, что эти смещения неодинаковы по величине. Что из этого следует?

Варианты ответов

• Различные части галактики имеют разные скорости.

• Галактика вращается.

• Галактика удаляется от нас с некоторым постоянным ускорением.

• Распределение вещества в галактике является неоднородным.

Вопрос 7

Состояние Вселенной в определённый момент времени в прошлом, продолжавшееся от 0 до 10^-43 секунд. 

Вопрос 8

Современная космологическая модель строения Вселенной предполагает, что она на 68,3 % состоит из ..., на 26,8 % из ..., оставшиеся 4,9 % занимает .... Вставьте пропущенные слова, указав их правильный порядок.

Варианты ответов

• тёмная энергия

• тёмная материя

• барионная материя

Вопрос 9

Как в астрономии называются объекты, светимость которых заранее известна. 

Варианты ответов

• Цефеиды

• Стандартные свечи

• Сверхновые звёзды

• Галактика

Вопрос 10

Укажите верные утверждения.

Варианты ответов

• Скорость разбегания галактик пропорциональна их возрасту.

• Скорость разбегания галактик пропорциональна расстоянию до наблюдателя.

• Скорость разбегания галактик обратно пропорциональна расстоянию от центра Вселенной.

• При помощи постоянной Хаббла можно оценить массу Вселенной.

• При помощи постоянной Хаббла можно оценить возраст Вселенной.

• При помощи постоянной Хаббла можно оценить радиус Вселенной.

• Наблюдения показывают, что по всем направлениям от нас в космосе расположено примерно одинаковое количество галактик. Следовательно, наша Галактика является центром Вселенной.