Шкала масштабов Вселенной

Космос онлайн > Шкала масштабов Вселенной

Используйте онлайн интерактивную шкалу масштабов Вселенной: реальные размеры Вселенной, сравнение объектов космоса, планеты, звезды, скопления, галактики.

Мы все думаем об измерениях в общих понятиях, таких как другая реальность, или наше восприятие окружающей среды вокруг нас. Однако это лишь часть того, чем являются измерения на самом деле. И, прежде всего, существующее понимание измерений масштабов Вселенной – это лучшее из описанного в физике.

Физики предполагают, что измерения – это просто разные грани восприятия масштабов Вселенной. К примеру, первые четыре измерения включают длину, ширину, высоту и время. Однако, согласно квантовой физике, существуют другие измерения, описывающие природу вселенной и, возможно, всех вселенных. Многие ученые верят, что в настоящее время существует около 10 измерений.

Интерактивная шкала масштабов Вселенной

Измерение масштабов Вселенной

Первое измерение, как уже упоминалось, это длина.

Хорошим примером одномерного объекта является прямая линия. Эта линия имеет только измерение длины. Вторым измерением является ширина. Это измерение включает и длину, хорошим примером двумерного объекта будет до невозможности тонкая плоскость. Вещи в двух измерениях можно рассматривать только в поперечном сечении.

Третье измерение включает высоту, и это измерение для нас наиболее знакомо. В комбинации с длиной и шириной, это наиболее хорошо видимая часть вселенной в терминах измерений. Лучшая физическая форма для описания этого измерения – куб. Третье измерение существует, когда пересекаются длина, ширина и высота.

Иерархическая шкала размеров Вселенной

Теперь все становится немного сложнее, потому что оставшиеся 7 измерений связаны с нематериальными понятиями, которые мы не можем наблюдать непосредственно, но знаем, что они существуют. Четвертое измерение – время. Это различие между прошлым, настоящим и будущим. Таким образом, лучшим описанием четвертого измерения будет хронология.

Другие измерения имеют дело с вероятностями. Пятое и шестое измерения связаны с будущим. Согласно квантовой физике, может быть любое количество вероятных вариантов будущего, но результат существует только один, и причина этого – выбор. Пятое и шестое измерения связаны с бифуркацией (изменением, разветвлением) каждой из этих вероятностей. В сущности, если бы вы могли управлять пятым и шестым измерением, вы могли бы вернуться во времени назад или побывать в различных вариантах будущего.

Измерения с 7 по 10 связаны с Вселенной и ее масштабом. Они основываются на том, что существует несколько вселенных, и каждая имеет собственные последовательности измерений реальности и возможных результатов. Десятое, и последнее, измерение, на самом деле является одним из всех возможных результатов всех вселенных.

---

Строение и масштабы Вселенной — О’Пять пО физике!

Основные понятия

Космология – учение о Вселенной в целом, основанное на результатах исследований, доступных для астрономических наблюдений.

Вселенная – весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.

Вселенная безгранична, но не бесконечна.

Метагалактика – часть Вселенной, доступная для астрономических наблюдений (т.е. те галактики, скорость «убегания» от нас которых меньше скорости света)

Вселенная существует около 15 млрд лет.

 Существующие знания о Вселенной основаны на астрономических наблюдениях и на предположении о том, что законы природы, установленные на Земле, могут быть применены ко всей Вселенной.

Систематические целенаправленные наблюдения за Вселенной ведутся с момента появления первых телескопов (1609-1610 годы. Галилей).

Начиная с 1931 года, для изучения Вселенной используют также методы радиолокации – по отраженному радиосигналу определяют положение и скорость движения космического объекта.

 Строение и масштабы Вселенной

Наиболее распространённым типом небесных тел являются звезды.

Невооружённым глазом в безлунную ночь можно видеть над горизонтом около 3 тыс. звёзд.

В настоящее время астрономы определили положения нескольких миллионов звезд и составили их каталоги.

Около 240 звезд имеют собственные имена (Вега, Альтаир, Сириус, Полярная и пр.)

Звезды распределены на небе не равномерно, а отдельными компактными группами – созвездиями. Под созвездиями понимают область неба в пределах некоторых установленных границ. Это сделано для удобства ориентировки на небесной сфере и обозначения звезд. Всё небо разделено на 88 созвездий.

Группы звёзд в созвездиях имеют устойчивую конфигурацию, т.е. взаимное расположение звезд в созвездии не изменяется с течением времени.

Есть три группы созвездий по происхождению их названий:

1. Связанные с древнегреческой мифологией

2. Связанные с предметами, на которые похожи фигуры, образуемые яркими звездами созвездий (Стрела, Треугольник, Весы, Лев, Рак, Скорпион, Большая медведица и др. )

Иногда в созвездии выделяют группу звезд с названием, отличным от названия созвездия – астеризм (например, Ковш в созвездии Малая Медведица).

 Гигантские звёздные системы, состоящие из сотен миллиардов звёзд образуют

галактику.

Солнечная система и окружающие её звезды составляют ничтожную часть нашей Галактики – Млечный Путь.

Ближайшие соседи нашей Галактики – Туманность Андромеды, Большие Магеллановы облака и Малые Магеллановы облака.

Кроме звёзд в состав галактик входят туманности – газопылевые скопления (межзвёздный газ, состоящий из атомарного водорода, и космическая пыль)

Американский астрофизик Э. Хаббл предложил следующую классификацию галактик:

Эллиптические галактики имеют форму сплюснутых сфероидов. Состоят в основном из старых звезд.

Спиральные галактики имеют форму спирали (Млечный Путь, Туманность Андромеды). В рукавах спиральных галактик находятся молодые звезды, идут процессы образования новых звезд.

Галактики неправильной формы (Магеллановы облака). Имеют разнообразную форму.

 Млечный Путь относится к типу спиральных галактик, содержит около 150 миллиардов звезд (Солнцу около 4-4,5 млрд лет). 95% массы Галактики расположено около галактической плоскости. Поэтому если смотреть с торца, млечный Путь сосредоточен почти в одной плоскости. Экваториальная плоскость окружена звёздными скоплениями, которые называют «шаровыми скоплениями».

 Пространство между галактиками и звездами внутри галактик заполнено очень разреженным веществом: межзвёздным газом, космической пылью, элементарными частицами, а также электромагнитным излучением.

В каждом кубическом сантиметре межзвездноо пространства в среднем находится один атом вещества. Для сравнения, в воздухе при нормальных условиях около 10¹⁹ молекул в 1 см³.

При самом высоком вакууме, который может быть получен в лабораторных условиях (порядка 10^-12 мм. рт. ст.) в 1 см³ содержится сто тысяч молекул.

Расстояния между звездами внутри галактик значительно больше размеров самих звезд.

Расстояния между галактиками сравнимы с размерами самих галактик.

 Масштабы Вселенной столь велики, что использовать единицы длины, принятые в СИ, неудобно. Например, размеры нашей Галактики таковы, что луч света, распространяясь со скоростью 300000 км/с проходит расстояние от одного ее края до другого за сто тысяч лет.

В старой научной литературе:

Астрономическая единица (1 а.е.) – средний радиус орбиты Земли при её обращении вокруг Солнца.

1 а.е. = 150 млн км (расстояние от Солнца до Земли)

Наиболее удалённая от Солнца планета, Плутон, отстоит от него на расстоянии 40 а.е. Это размер Солнечной системы.

В популярной литературе:

Световой год – расстояние, которое свет проходит за одни земной год.

1 с.г. = 10000 млрд км = 10 трлн. км.

В современной научной литературе:

Парсек (пк) – параллакс-секунда.

Секунда – единица измерения угла.

Параллакс – видимое изменение положения предмета вследствие перемещения точки наблюдения.

В астрономии различают:

· Суточный параллакс

· Годичный параллакс

· Вековой параллакс (оборот Солнца относительно ядра галактики)

По параллаксу небесных светил методами тригонометрии определяют расстояние до этих светил.

Парсек – расстояние, с которого радиус земной орбиты виден под углом в одну угловую секунду.

1 пк = 206265 а.е. = 3,3 с.г. = 33 мрлн км.

 Самая близкая к Солнцу звезда – Проксима Центавра удалена от него на 1,3 пк.

Солнце удалено от центра нашей Галактики на расстояние 8000 пк.

Диаметр Млечного Пути составляет 40000 пк.

Самая близкая звезда в созвездии Андромеды находится на удалении 720000 пк.

Средняя плотность галактик в наблюдаемой части Вселенной – около 8-10 тысяч на один кубический миллион парсеков.

Типичная скорость относительного движения галактик – коло 1000 км/с

Оценочное время вероятного столкновения галактик составляет около 10¹³ лет, что больше времени существования Вселенной в 1400 раз.

 Пример Редже (итальянский физик; книга «Этюды о Вселенной»).

Пошаговое путешествие во Вселенной.

Следующий шаг больше предыдущего в 10000 раз. Сколько шагов до края Вселенной?

1й шаг – 4 м, потолок; 2й – 40 км, стратосфера; 3й – 400000 км, луна; 4й – 40 млрд км, граница Солнечной системы; 5й – 4,3 с.г., Альфа-Центавра; 6й – 40000 с.л., ядро Галактики; 7й – 400 млн с.л., центр космоса; 8й не получится – 40 млрд с.л. – но Вселенная родилась лишь 15 млрд лет назад.

1. Масштабы Вселенной и ее строение

1. Масштабы Вселенной и ее строение

Если бы астрономы-профессионалы постоянно и ощутимо представляли себе чудовищную величину космических расстояний и интервалов времени эволюции небесных светил, вряд ли они могли успешно развивать науку, которой посвятили свою жизнь. Привычные нам с детства пространственно-временные масштабы настолько ничтожны по сравнению с космическими, что когда это доходит до сознания, то буквально захватывает дух. Занимаясь какой-нибудь проблемой космоса, астроном либо решает некую математическую задачу (это чаще всего делают специалисты по небесной механике и астрофизики-теоретики), либо занимается усовершенствованием приборов и методов наблюдений, либо же строит в своем воображении, сознательно или бессознательно, некоторую небольшую модель исследуемой космической системы. При этом основное значение имеет правильное понимание относительных размеров изучаемой системы (например, отношение размеров деталей данной космической системы, отношение размеров этой системы и других, похожих или непохожих на нее, и т. д.) и интервалов времени (например, отношение скорости протекания данного процесса к скорости протекания какого-либо другого).

Автор этой книги довольно много занимался, например, солнечной короной и Галактикой. И всегда они представлялись ему неправильной формы сфероидальными телами примерно одинаковых размеров — что-нибудь около 10 см… Почему 10 см? Этот образ возник подсознательно, просто потому, что слишком часто, раздумывая над тем или иным вопросом солнечной или галактической физики, автор чертил в обыкновенной тетради (в клеточку) очертания предметов своих размышлений. Чертил, стараясь придерживаться масштабов явлений. По одному очень любопытному вопросу, например, можно было провести интересную аналогию между солнечной короной и Галактикой (вернее, так называемой «галактической короной»). Конечно, автор этой книги очень хорошо, так сказать, «умом» знал, что размеры галактической короны в сотни миллиардов раз больше, чем размеры солнечной. Но он спокойно забывал об этом. А если в ряде случаев большие размеры галактической короны приобретали некоторое принципиальное значение (бывало и так), это учитывалось формально-математически. И все равно зрительно обе «короны» представлялись одинаково маленькими…

Если бы автор в процессе этой работы предавался философским размышлениям о чудовищности размеров Галактики, о невообразимой разреженности газа, из которого состоит галактическая корона, о ничтожности нашей малютки-планеты и собственного бытия и о прочих других не менее правильных предметах, работа над проблемами солнечной и галактической корон прекратилась бы автоматически…

Пусть простит мне читатель это «лирическое отступление». Я не сомневаюсь, что и у других астрономов возникали такие же мысли, когда они работали над своими проблемами. Мне кажется, что иногда полезно поближе познакомиться с «кухней» научной работы…

Если мы хотим на страницах этой книги обсуждать волнующие вопросы о возможности разумной жизни во Вселенной, то прежде всего нужно будет составить правильное представление о ее пространственно — временных масштабах. Еще сравнительно недавно земной шар представлялся человеку огромным.

Свыше трех лет потребовалось отважным сподвижникам Магеллана, чтобы 465 лет тому назад ценой неимоверных лишений совершить первое кругосветное путешествие. Немногим более 100 лет прошло с того времени, когда находчивый герой фантастического романа Жюля Верна совершил, пользуясь последними достижениями техники того времени, путешествие вокруг света за 80 суток. И прошло всего лишь 26 лет с тех памятных для всего человечества дней, когда первый советский космонавт Гагарин облетел на легендарном космическом корабле «Восток» земной шар за 89 мин.

И мысли людей невольно обратились к огромным пространствам космоса, в которых затерялась небольшая планета Земля…

Наша Земля — одна из планет Солнечной системы.

По сравнению с другими планетами она расположена довольно близко к Солнцу, хотя и не является самой близкой.

Среднее расстояние от Солнца до Плутона — самой далекой планеты Солнечной системы — в 40 раз больше среднего расстояния от Земли до Солнца. В настоящее время неизвестно, имеются ли в Солнечной системе планеты, еще более удаленные от Солнца, чем Плутон. Можно только утверждать, что если такие планеты и есть, то они сравнительно невелики. Условно размеры Солнечной системы можно принять равными 50–100 астрономическим единицам[1], или около 10 млрд км.

По нашим земным масштабам это очень большая величина, примерно в 1 миллион раз превосходящая диаметр Земли.

Мы можем более наглядно представить относительные масштабы Солнечной системы следующим образом. Пусть Солнце изображается биллиардным шаром диаметром 7 см. Тогда ближайшая к Солнцу планета — Меркурий находится от него в этом масштабе на расстоянии 280 см, Земля — на расстоянии 760 см, гигантская планета Юпитер удалена на расстояние около 40 м, а самая дальняя планета — во многих отношениях пока еще загадочный Плутон — на расстояние около 300 м. Размеры земного шара в этом масштабе несколько больше 0,5 мм, лунный диаметр — немногим больше 0,1 мм, а орбита Луны имеет диаметр около 3 см.

Даже самая близкая к нам звезда — Проксима Центавра удалена от нас на такое большое расстояние, что по сравнению с ним межпланетные расстояния в пределах Солнечной системы кажутся сущими пустяками. Читатели, конечно, знают, что для измерения межзвездных расстояний такой единицей длины, как километр, почти. никогда не пользуются[2]. Эта единица измерений (так же как сантиметр, дюйм и др.) возникла из потребностей практической деятельности человечества на Земле. Она совершенно непригодна для оценки космических расстояний, слишком больших по сравнению с километром.

В популярной литературе, а иногда и в научной, для оценки межзвездных и межгалактических расстояний как единицу измерения употребляют «световой год». Это такое расстояние, которое свет, двигаясь со скоростью 300 тыс. км/с, проходит за год. Легко убедиться, что световой год равен 9,46·10¹² км, или около 10000 млрд км.

В научной литературе для измерения межзвездных и межгалактических расстояний обычно применяется особая единица, получившая название «парсек»; 1 парсек (пк) равен 3,26 светового года. Парсек определяется как такое расстояние, с которого радиус земной орбиты виден под углом в 1 сек. дуги. Это очень маленький угол. Достаточно сказать, что под таким углом монета в одну копейку видна с расстояния в 3 км.

Ни одна из звезд — ближайших соседок Солнечной системы — не находится к нам ближе, чем на 1 пк. Например, упомянутая Проксима Центавра удалена от нас на расстояние около 1,3 пк. В том масштабе, в котором мы изобразили Солнечную систему, это соответствует 2 тыс. км. Все это хорошо иллюстрирует большую изолированность нашей Солнечной системы от окружающих звездных систем; некоторые из этих систем, возможно, имеют с ней много сходства.

Но окружающие Солнце звезды и само Солнце составляют лишь ничтожно малую часть гигантского коллектива звезд и туманностей, который называется «Галактикой». Это скопление звезд мы видим в ясные безлунные ночи как пересекающую небо полосу Млечного Пути. Галактика имеет довольно сложную структуру. В первом, самом грубом приближении мы можем считать, что звезды и туманности, из которых она состоит, заполняют объем, имеющий форму сильно сжатого эллипсоида вращения. Часто в популярной литературе форму Галактики сравнивают с двояковыпуклой линзой. На самом деле все обстоит значительно сложнее, и нарисованная картина является слишком грубой. В действительности оказывается, что разные типы звезд совершенно по-разному концентрируются к центру Галактики и к ее «экваториальной плоскости». Например, газовые туманности, а также очень горячие массивные звезды сильно концентрируются к экваториальной плоскости Галактики (на небе этой плоскости соответствует большой круг, проходящий через центральные части Млечного Пути). Вместе с тем они не обнаруживают значительной концентрации к галактическому центру. С другой стороны, некоторые типы звезд и звездных скоплений (так называемые «шаровые скопления», рис. 2) почти никакой концентрации к экваториальной плоскости Галактики не обнаруживают, но зато характеризуются огромной концентрацией по направлению к ее центру. Между этими двумя крайними типами пространственного распределения (которое астрономы называют «плоское» и «сферическое») находятся все промежуточные случаи. Все же оказывается, что основная часть звезд в Галактике находится в гигантском диске, диаметр которого около 100 тыс. световых лет, а толщина около 1500 световых лет. В этом диске насчитывается несколько больше 150 млрд звезд самых различных типов. Наше Солнце — одна из этих звезд, находящаяся на периферии Галактики вблизи от ее экваториальной плоскости (точнее, «всего лишь» на расстоянии около 30 световых лет — величина достаточно малая по сравнению с толщиной звездного диска).

Расстояние от Солнца до ядра Галактики (или ее центра) составляет около 30 тыс. световых лет. Звездная плотность в Галактике весьма неравномерна. Выше всего она в области галактического ядра, где, по. последним данным, достигает 2 тыс. звезд на кубический парсек, что почти в 20 тыс. раз больше средней звездной плотности в окрестностях Солнца[3]. Кроме того, звезды имеют тенденцию образовывать отдельные группы или скопления. Хорошим примером такого скопления являются Плеяды, которые видны на нашем зимнем небе (рис.  3).

В Галактике имеются и структурные детали гораздо больших масштабов. Исследованиями последних лет доказано, что туманности, а также горячие массивные звезды распределены вдоль ветвей спирали. Особенно хорошо спиральная структура видна у других звездных систем — галактик (с маленькой буквы, в отличие от нашей звездной системы — Галактики). Одна из таких галактик изображена на рис. 4. Установить спиральную структуру Галактики, в которой мы сами находимся, оказалось в высшей степени трудно.

Звезды и туманности в пределах Галактики движутся довольно сложным образом. Прежде всего, они участвуют во вращении Галактики вокруг оси, перпендикулярной к ее экваториальной плоскости. Это вращение не такое, как у твердого тела: различные участки Галактики имеют различные периоды вращения. Так, Солнце и окружающие его в огромной области размерами в несколько сотен световых лет звезды совершают полный оборот за время около 200 млн лет. Так как Солнце вместе с семьей планет существует, по-видимому, около 5 млрд лет, то за время своей эволюции (от рождения из газовой туманности до нынешнего состояния) оно совершило примерно 25 оборотов вокруг оси вращения Галактики. Мы можем сказать, что возраст Солнца — всего лишь 25 «галактических лет», скажем прямо — возраст цветущий…

Скорость движения Солнца и соседних с ним звезд по их почти круговым галактическим орбитам достигает 250 км/с[4]. На это регулярное движение вокруг галактического ядра накладываются хаотические, беспорядочные движения звезд.

Скорости таких движений значительно меньше — порядка 10–50 км/с, причем у объектов разных типов они различны. Меньше всего скорости у горячих массивных звезд (6–8 км/с), у звезд солнечного типа они около 20 км/с. Чем меньше эти скорости, тем более «плоским» является распределение данного типа звезд.

В том масштабе, которым мы пользовались для наглядного представления Солнечной системы, размеры Галактики будут составлять 60 млн км — величина, уже довольно близкая к расстоянию от Земли до Солнца. Отсюда ясно, что по мере проникновения во все более удаленные области Вселенной этот масштаб уже не годится, так как теряет наглядность. Поэтому мы примем другой масштаб. Мысленно уменьшим земную орбиту до размеров самой внутренней орбиты атома водорода в классической модели Бора. Напомним, что радиус этой орбиты равен 0,53·10^–8 см. Тогда ближайшая звезда будет находиться на расстоянии приблизительно 0,014 мм, центр Галактики — на расстоянии около 10 см, а размеры нашей звездной системы будут около 35 см. Диаметр Солнца будет иметь микроскопические размеры: 0,0046 А (ангстрем — единица длины, равная 10^–8 см).

Мы уже подчеркивали, что звезды удалены друг от друга на огромные расстояния, и тем самым практически изолированы. В частности, это означает, что звезды почти никогда не сталкиваются друг с другом, хотя движение каждой из них определяется полем силы тяготения, создаваемым всеми звездами в Галактике.

Если мы будем рассматривать Галактику как некоторую область, наполненную газом, причем роль газовых молекул и атомов играют звезды, то мы должны считать этот газ крайне разреженным. В окрестностях Солнца среднее расстояние между звездами примерно в 10 млн раз больше, чем средний диаметр звезд. Между тем при нормальных условиях в обычном воздухе среднее расстояние между молекулами всего лишь в несколько десятков раз больше размеров последних. Чтобы достигнуть такой же степени относительного разрежения, плотность воздуха следовало бы уменьшить по крайней мере в 10¹⁸ раз! Заметим, однако, что в центральной области Галактики, где звездная плотность относительно высока, столкновения между звездами время от времени будут происходить. Здесь следует ожидать приблизительно одно столкновение каждый миллион лет, в то время как в «нормальных» областях Галактики за всю историю эволюции нашей звездной системы, насчитывающую, по крайней мере, 10 млрд лет, столкновений между звездами практически не было (см. гл. 9). Галактики. Этой важной проблеме посвящены другие книги, к которым мы отсылаем интересующихся читателей (например, Б. А. Воронцов-Вельяминов «Очерки о Вселенной», Ю. Н. Ефремов «В глубины Вселенной»). Наша задача — дать только самую общую картину строения и развития отдельных объектов Вселенной. Такая картина совершенно необходима для понимания этой книги.

Уже несколько десятилетий астрономы настойчиво изучают другие звездные системы, в той или иной степени сходные с нашей. Эта область исследований получила название «внегалактической астрономии». Она сейчас играет едва ли не ведущую роль в астрономии. В течение последних трех десятилетий внегалактическая астрономия добилась поразительных успехов. Понемногу стали вырисовываться грандиозные контуры Метагалактики, в состав которой наша звездная система входит как малая частица. Мы еще далеко не все знаем о Метагалактике. Огромная удаленность объектов создает совершенно специфические трудности, которые разрешаются путем применения самых мощных средств наблюдения в сочетании с глубокими теоретическими исследованиями. Все же общая структура Метагалактики в последние годы в основном стала ясной.

Мы можем определить Метагалактику как совокупность звездных систем — галактик, движущихся в огромных пространствах наблюдаемой нами части Вселенной. Ближайшие к нашей звездной системе галактики — знаменитые Магеллановы Облака, хорошо видные на небе южного полушария как два больших пятна при мерно такой же поверхностной яркости, как и Млечный Путь. Расстояние до Магеллановых Облаков «всего лишь» около 200 тыс. световых лет, что вполне сравни мо с общей протяженностью нашей Галактики. Другая «близкая» к нам галактика — это туманность в созвездии Андромеды. Она видна невооруженным глазом как слабое световое пятнышко 5-й звездной величины[5]. На самом деле это огромный звездный мир, по количеству звезд и полной массе раза в три превышающей нашу Галактику, которая в свою очередь является гигантом среди галактик. Расстояние до туманности Андромеды, или, как ее называют астрономы, М 31 (это означает, что в известном каталоге туманностей Мессье она занесена под № 31), около 1800 тыс. световых лет, что примерно в 20 раз превышает размеры Галактики. Туманность М 31 имеет явно выраженную спиральную структуру и по многим своим характеристикам весьма напоминает нашу Галактику. Рядом с ней находятся ее небольшие спутники эллипсоидальной формы (рис. 5). На рис. 6 пpиведены фотографии нескольких сравнительно близких к нам галактик. Обращает на себя внимание большое разнообразие их форм. Наряду со спиральными системам (такие галактики обозначаются символами Sa, Sb и Sc в зависимости от характер развития спиральной структуры; при наличии проходящей через ядро «перемычки (рис. 6а) после буквы S ставится буква В) встречаются сфероидальные и эллипсоидальные, лишенные всяких следов спиральной структуры, а также «неправильные галактики, хорошим примером которых могут служить Магеллановы Облака.

В большие телескопы наблюдается огромное количество галактик. Если галактик ярче видимой 12-й величины насчитывается около 250, то ярче 16-й — уже около 50 тыс. Самые слабые объекты, которые на пределе может сфотографировать телескоп-рефлектор с диаметром зеркала 5 м, имеют 24,5-ю величину. Оказывается, что среди миллиардов таких слабейших объектов большинство составляют галактики. Многие из них удалены от нас на расстояния, которые свет проходит за миллиарды лет. Это означает, что свет, вызвавший почернение пластинки, был излучен такой удаленной галактикой еще задолго до архейского периода геологической истории Земли!

Иногда среди галактик попадаются удивительные объекты, например «радиогалактики». Это такие звездные системы, которые излучают огромное количество энергии в радиодиапазоне. У некоторых радиогалактик поток радиоизлучения в несколько раз превышает поток оптического излучения, хотя в оптическом диапазоне их светимость очень велика — в несколько раз превосходит полную светимость нашей Галактики. Напомним, что последняя складывается из излучения сотен миллиардов звезд, многие из которых в свою очередь излучают значительно сильней Солнца. Классический пример такой радиогалактики — знаменитый объект Лебедь А. В оптическом диапазоне это два ничтожных световых пятнышка 17-й звездной величины (рис. 7). На самом деле их светимость очень велика, примерно в 10 раз больше, чем у нашей Галактики.

Слабой эта система кажется потому, что она удалена от нас на огромное расстояние — 600 млн световых лет. Однако поток радиоизлучения от Лебедя А на метровых волнах настолько велик, что превышает даже поток радиоизлучения от Солнца (в периоды, когда на Солнце нет пятен). Но ведь Солнце очень близко — расстояние до него «всего лишь» 8 световых минут; 600 млн лет — и 8 мин! А ведь потоки излучения, как известно, обратно пропорциональны квадратам расстояний!

Спектры большинства галактик напоминают солнечный; в обоих случаях наблюдаются отдельные темные линии поглощения на довольно ярком фоне. В этом нет ничего неожиданного, так как излучение галактик — это излучение миллиардов входящих в их состав звезд, более или менее похожих на Солнце. Внимательное изучение спектров галактик много лет назад позволило сделать одно открытие фундаментальной важности. Дело в том, что по характеру смещения длины волны какой-либо спектральной линии по отношению к лабораторному стандарту можно определить скорость движения излучающего источника по лучу зрения. Иными словами, можно установить, с какой скоростью источник приближается или удаляется.

Если источник света приближается, спектральные линии смещаются в сторону более коротких волн, если удаляется — в сторону более длинных. Это явление называется «эффектом Доплера». Оказалось, что у галактик (за исключением немногих, самых близких к нам) спектральные линии всегда смещены в длинноволновую часть спектра («красное смещение» линий), причем величина этого смещения тем больше, чем более удалена от нас галактика.

Это означает, что все галактики удаляются от нас, причем скорость «разлета» по мере удаления галактик растет. Она достигает огромных значений. Так, например, найденная по красному смещению скорость удаления радиогалактики Лебедь А близка к 17 тыс. км/с. Еще двадцать пять лет назад рекорд принадлежал очень слабой (в оптических лучах 20-й величины) радиогалактике 3С 295. В 1960 г. был получен ее спектр. Оказалось, что известная ультрафиолетовая спектральная линия, принадлежащая ионизованному кислороду, смещена в оранжевую область спектра! Отсюда легко найти, что скорость удаления этой удивительной звездной системы составляет 138 тыс. км/с, или почти половину скорости света! Радио галактика 3С 295 удалена от нас на расстояние, которое свет проходит за 5 млрд лет.

Таким образом, астрономы исследовали свет, который был излучен тогда, когда образовывались Солнце и планеты, а может быть, даже «немного» раньше… С тех пор открыты еще более удаленные объекты (гл. 6).

Причины расширения системы, состоящей из огромного количества галактик, мы здесь касаться не будем. Этот сложный вопрос является предметом современной космологии. Однако сам факт расширения Вселенной имеет большое значение для анализа развития жизни в ней (см. гл. 7).

На общее расширение системы галактик накладываются беспорядочные скорости отдельных галактик, обычно равные нескольким сотням километров в секунду.

Именно поэтому ближайшие к нам галактики не обнаруживают систематического красного смещения. Ведь скорости беспорядочных (так называемых «пекулярных») движений для этих галактик больше регулярной скорости красного смещения. Последняя растет по мере удаления галактик приблизительно на 50 км/с, на каждый миллион парсек. Поэтому для галактик, расстояния до которых не превосходят нескольких миллионов парсек, беспорядочные скорости превышают скорость удаления, обусловленную красным смещением. Среди близких галактик наблюдаются и такие, которые приближаются к нам (например, туманность Андромеды М 31).

Галактики не распределены в метагалактическом пространстве равномерно, т. е. с постоянной плотностью. Они обнаруживают ярко выраженную тенденцию образовывать отдельные группы или скопления. В частности, группа из примерно 20 близких к нам галактик (включая нашу Галактику) образует так называемую «местную систему». В свою очередь местная система входит в большое скопление галактик, центр которого находится в той части неба, на которую проектируется созвездие Девы. Это скопление насчитывает несколько тысяч членов и принадлежит к числу самых больших. На рис. 8 приведена фотография известного скопления галактик в созвездии Северной Короны, насчитывающего сотни галактик.

В пространстве между скоплениями плотность галактик в десятки раз меньше, чем внутри скоплений.

Обращает на себя внимание разница между скоплениями звезд, образующими галактики, и скоплениями галактик. В первом случае расстояния между членами скопления огромны по сравнению с размерами звезд, в то время как средние расстояния между галактиками в скоплениях галактик всего лишь в несколько раз больше, чем размеры галактик.

С другой стороны, число галактик в скоплениях не идет ни в какое сравнение с числом звезд в галактиках. Если рассматривать совокупность галактик как некоторый газ, где роль молекул играют отдельные галактики, то мы должны считать эту среду чрезвычайно вязкой.

Как же выглядит Метагалактика в нашей модели, где земная орбита уменьшена до размеров первой орбиты атома Бора? В этом масштабе расстояние до туманности Андромеды будет несколько больше 6 м, расстояние до центральной части скопления галактик в Деве, куда входит и наша местная система галактик, будет порядка 120 м, причем такого же порядка будет размер самого скопления. Радиогалактика Лебедь А будет теперь удалена уже на вполне «приличное» расстояние — 2,5 км, а расстояние до радиогалактики 3С 295 достигнет 25 км…

Мы познакомились в самом общем виде с основными структурными особенностями и с масштабами Вселенной. Это как бы застывший кадр ее развития. Не всегда она была такой, какой мы теперь ее наблюдаем. Все во Вселенной меняется: появляются, развиваются и «умирают» звезды и туманности, развивается закономерным образом Галактика, меняются сама структура и масштабы Метагалактики (хотя бы по причине красного смещения). Поэтому нарисованную статическую картину Вселенной необходимо дополнить динамической картиной эволюции отдельных космических объектов, из которых она образована, и всей Вселенной как целого.

Что касается эволюции отдельных звезд и туманностей, образующих галактики, то об этом речь будет в гл. 4. Здесь мы только скажем, что звезды рождаются из межзвездной газопылевой среды, некоторое время (в зависимости от массы) спокойно излучают, после чего более или менее драматическим образом «умирают».

Открытие в 1965 г. «реликтового» излучения (см. гл. 7) со всей наглядностью показало, что на самых ранних этапах эволюции Вселенная качественно отличалась от своего современного состояния. Главное — это то, что тогда не было ни звезд, ни галактик, ни тяжелых элементов. И, конечно, не было жизни. Мы наблюдаем грандиозный процесс эволюции Вселенной от простого к сложному.

Такое же направление эволюции имеет и развитие жизни на Земле. Во Вселенной скорость эволюции вначале была значительно выше, чем в современную эпоху.

Похоже, однако, что в развитии жизни на Земле наблюдается обратная картина. Это наглядно видно из модели «космической хронологии», представленной в таблице 1, предложенной американским планетологом Саганом. Выше мы довольно подробно развили пространственную модель Вселенной, основывающуюся на выборе того или иного линейного масштаба. В сущности говоря, тот же метод используется в табл. 1. Все время существования Вселенной (которое для определенности принимается равным 15 миллиардам реальных «земных» годов, причем здесь возможна ошибка в несколько десятков процентов) моделируется некоторым воображаемым «космическим годом». Нетрудно убедиться, что одна секунда «космического» года равна 500 вполне реальным годам. При таком масштабе каждой эпохе развития Вселенной ставится в соответствие определенная дата (и время «суток») «космического» года.

Легко видеть, что эта таблица в своей основной части сугубо «антропоцентрична»: даты и моменты космического календаря после «сентября» и, особенно, всего специально выделенного «декабря», отражают определенные этапы развития жизни на Земле. Этот календарь совершенно иначе выглядел бы для обитателей какой-нибудь планеты, обращающейся вокруг «своей» звезды в какой-нибудь удаленной галактике. Тем не менее само сопоставление темпа космической и земной эволюции в высшей степени впечатляюще.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Сравнения мира атома и вселенной. Размеры объектов Вселенной в сравнении (фото). А так с Марса

Сегодня мы поговорим о том, что Земля маленькая и о размерах других огромных небесных тел во Вселенной. Какие же размеры Земли по сравнению с другими планетами и и звёздами Вселенной. На самом деле, наша планета очень-очень маленькая… по сравнению с множеством других небесных тел, да даже по сравнению с тем же Солнцем Земля — горошина (в сто раз меньше по радиусу и в 333 тысячи раз по массе), а есть звезды в разы, сотни, тысячи (!!) раз больше Солнца… В общем, мы, люди, и каждый из нас особенно, микроскопические следы бытия в сей Вселенной, атомы, невидимые глазам существ, которые могли бы жить на огромных звездах (теоретически, а, возможно, и практически). Мысли из фильма по теме: нам кажется, что Земля большая, это так и есть — для нас, поскольку мы сами маленькие и масса нашего тела ничтожна в сравнении с масштабами Вселенной, некоторые даже никогда не были за границей и в большей части жизни не покидают пределов дома, комнаты, а уж о Вселенной почти ничего не знают. И муравьи думают, что их муравейник огромный, однако мы наступим на муравья и даже не заметим его. Если бы у нас была власть уменьшить Солнце до размеров лейкоцита и уменьшить пропорционально Млечный Путь, то он был бы равен масштабам России. А есть тысячи или даже миллионы и миллиарды галактик кроме Млечного Пути… Это никак не вместиться в сознание людей. Каждый год астрономы открывают тысячи (и более) новых звезд, планет, небесных тел. Космос — это неизведанная область, и сколько еще будет открыто галактик, звездных, планетных систем, и вполне возможно, что есть множество подобных Солнечной систем с теоретически существующей жизнью. Мы можем судить о размерах всех небесных тел лишь примерно, и количества галактик, систем, небесных тел во Вселенной неизвестно. Однако исходя из известных данных — Земля не самый маленький объект, но и далеко не самый большой, есть звезды и планеты в сотни, тысячи раз больше!! Самый большой объект, то есть небесное тело, во Вселенной не определено, поскольку человеческие возможности ограничены, с помощью спутников, телескопов мы можем увидеть лишь малую часть Вселенной, а что там, в неизведанной дали и за горизонтами, мы не знаем… возможно еще бОльшие небесные тела чем обнаруженные людьми. Итак, в рамках Солнечной системы самый большой объект — Солнце! Его радиус — 1 392 000 км, затем идет Юпитер — 139 822 км, Сатурн — 116 464 км, Уран — 50 724 км, Нептун — 49 244 км, Земля — 12742,0 км, Венера — 12103,6 км, Марс — 6780,0 км, и т.д. Несколько десятков крупных объектов — планеты, спутники, звезды и несколько сотен мелких, это только из открытых, а есть не открытые. Солнце больше Земли по радиусу — в 100 с лишним раз, по массе — в 333 тысячи раз. Вот такие масштабы. Земля 6-й по размерам объект Солнечной системы, очень близка к масштабам Земли Венера, а Марс в половину меньше. Земля — это вообще горошина по сравнению с Солнцем. А все другие планеты, более мелкие, для Солнца — практически пыль… Однако Солнце согревает нас независимо от его размеров и нашей планеты. Знали ли вы, представляли, ходя ногами по бренной почве, что планета наша в сравнении с Солнцем почти точка? И соответственно — мы на ней — микроскопические микроорганизмы… Впрочем, у людей проблем насущных полно, и, порой, некогда смотреть дальше земли под ногами. Юпитер более чем в 10 раз больше Земли, это пятая по удаленности от Солнца планета (классифицируется как газовый гигант вместе с Сатурном, Ураном, Нептуном). Земля после газовых гигантов первый объект по величине после Солнца в Солнечной системе, затем идут остальные планеты земной группы, Меркурий после спутника Сатурна и Юпитера. Планеты земной группы — Меркурий, Земля, Венера, Марс — планеты находящиеся во внутренней области Солнечной системы. Плутон меньше Луны примерно в полтора раза, сегодня его причисляют к карликовым планетам, он десятое небесное тело в Солнечной системе после 8 планет и Эриды (карликовой планеты, примерно похожей по размерам на Плутон), состоит из льда и камней, по площади как Южная Америка, маленькая планета, однако и она по масштабам больше в сравнении Земли с Солнцем, Земля еще в два раза меньше в пропорциях. Например, Ганимед — спутник Юпитера, Титан — спутник Сатурна — всего на 1,5 тысяч км меньше Марса и больше Плутона и крупных карликовых планет. Карликовых планет и спутников открытых в последнее время — множество, а уж звезд — подавно, более нескольких миллионов, или даже миллиардов. Объектов чуть меньше Земли и в половину меньше чем Земля в солнечной системе несколько десятков, а тех которые чуть меньше — несколько сотен. Представляете, сколько всего летает вокруг нашей планеты? Однако сказать «летает вокруг нашей планеты» неверно, ведь как правило каждая планета имеет какое-то относительно зафиксированное место в системе Солнца. И если летит в сторону Земли какой-то астероид, то возможно даже вычислить его примерную траекторию, скорость полета, время приближения к Земле, и с помощью определенных технологий, устройств (вроде поражений астероида с помощью сверхмощного атомного оружия с целью разрушения части метеорита и как следствие изменение скорости и траектории полета) изменить направление полета если планете грозит опасность. Однако это теория, на практике пока таких мер не применялось, а вот случаи неожиданного падения небесных тел на Землю были зафиксированы — например, в случае с тем же Челябинским метеоритом. В нашем сознании Солнце — это яркий шарик на небе, в абстракции — какая-то субстанция, о которой мы знаем по снимкам спутников, наблюдениям и опытам ученых. Однако все, что мы видим своими глазами — это яркий шар на небе, который исчезает на ночь. Если сравнивать размеры Солнца и земли, то это примерно как игрушечная машинка и огромный джип, джип раздавит машинку даже не заметив. Так же и Солнце, обладай оно хоть немного более агрессивными характеристиками и нереальной возможностью перемещаться — поглотило бы все на своем пути, в том числе Землю. Кстати, одна из теорий гибели планеты в будущем гласит, что Солнце поглотит Землю. Мы привыкли, живя в ограниченном мире, верить только тому, что видим и принимать как данность только то, что у нас под ногами и воспринимать Солнце именно как шарик на небе, который живет ради нас, дабы освещать путь простым смертным, греть нас, давать нам энергию, в общем, мы используем Солнце по полной программе, и мысли о том, что эта яркая звезда несет в себе потенциальную опасность, кажутся нелепыми. И лишь единицы из людей будут всерьез задумываться, что есть другие галактики, в которых есть небесные объекты больше тех, что в Солнечной системе в сотни, а иногда и в тысячи раз. Люди просто не вмещают в уме, что такое скорость света, как передвигаются небесные тела во Вселенной, это не форматы человеческого сознания… Мы рассказали о размерах небесных тел в пределах Солнечной системы, о размерах крупных планет, сказали о том, что Земля 6-й по величине объект Солнечно системы и что Земля в сто раз меньше Солнца (по диаметру), а по массе в 333 тысячи раз, однако есть во Вселенной небесные тела НАМНОГО больше Солнца. И если уже сравнение Солнца и Земли не вмещалось в сознание простых смертных, то тот факт что есть звезды по сравнению с которыми Солнце — шарик — подавно не вместиться в нас. Однако, как свидетельствуют исследования ученых, так и есть. И это факт, исходя из полученных астрономами данных. Есть другие звездные системы, где жизнь планет существует подобно нашей, Солнечной. Под «жизнью планет» имеется ввиду не земная жизнь с людьми или другими существами, а существование планет в этой системе. Так, к вопросу о жизни в Космосе — с каждым годом, днем ученые приходят к выводу, что жизнь на других планетах все возможнее, однако это остается лишь предположениями. В Солнечной системе единственной близкой по условиям к земным планетой является Марс, а вот планеты других звездных систем не исследовались в полноте. Например: «Считается, что землеподобные планеты наиболее благоприятны для возникновения жизни, поэтому их поиск привлекает пристальное внимание общественности. Так в декабре 2005 года учёные из Института космических наук (Пасадена, Калифорния) сообщили об обнаружении похожей на Солнце звезды, вокруг которой предположительно формируются скалистые планеты. В дальнейшем были обнаружены планеты, которые лишь в несколько раз массивнее Земли и, вероятно, должны иметь твёрдую поверхность. Примером экзопланет земного типа могут служить суперземли. По состоянию на июнь 2012 года найдено более 50 суперземель». Вот эти суперземли и есть потенциальные носители жизни во Вселенной. Хотя и это вопрос, поскольку главный критерий класса подобных планет — масса более чем в 1 раз больше массы Земли, однако все обнаруженные планеты вращаются вокруг звезд с меньшим тепловым излучением в сравнении с Солнцем, как правило белых, красных и оранжевых карликов. Первая суперземля обнаруженная в обитаемой зоне в 2007 году — это планета Глизе 581 c возле звезды Глизе 581, планета имела массу около 5 масс Земли, «удалена от своей звезды на 0,073 а. е. и находится в районе «зоны жизни» звезды Глизе 581». Позже был открыт еще ряд планет возле этой звезды и сегодня их именуют как планетную систему, сама звезда имеет низкую светимость, в несколько десятков раз меньше Солнца. Это было одно из самых сенсационных открытий астрономии. Однако вернемся к теме больших звезд. Ниже представлены фото самых крупных объектов Солнечной системы и звезд в сравнении с Солнцем, а затем с последней звездой на предыдущем фото. Меркурий Земля Юпитер Сириус Альдебаран Бетельгейзе И в этом списке еще самые небольшие звезды и планеты (по-настоящему крупная в этом списке, пожалуй, только звезда VY Большого Пса).. Самые большие даже нельзя поставить в сравнение в ряд с Солнцем, поскольку Солнца просто не будет видно. В качестве единицы измерения радиуса звезды использован экваториальный радиус Солнца — 695 700 км. Например, звезда VV Цефея в 10 раз больше Солнца, а между Солнцем и Юпитером самой крупной звездой считается Вольф 359 (одиночная звезда в созвездии Льва, слабый красный карлик). VV Цефея (не путать с одноименной звездой с «приставкой» А) — «затменная двойная звезда типа Алголя в созвездии Цефей, которая находится на расстоянии около 5000 световых лет от Земли. Компонент А является седьмой по радиусу звездой, известной науке на 2015 г. и второй самой крупной звездой в Галактике Млечный Путь (после VY Большого Пса)». «Капе́лла (α Aur / α Возничего / Альфа Возничего) — самая яркая звезда в созвездии Возничего, шестая по яркости звезда на небосклоне и третья по яркости на небе Северного полушария». Капелла в 12, 2 раза больше Солнца по радиусу . Полярная звезда в 30 раз больше Солнца по радиусу. Звезда в созвездии Малой Медвидицы, находится вблизи Северного полюса мира, сверхгигант спектрального класса F7I. Звезда Y Гончих Псов больше Солнца в (!!!) 300 раз! (то есть больше Земли где-то в 3000 раз), красный гигант в созвездии Гончих Псов, одна из самых крутых и красных звезд. И это далеко не самая крупная звезда. Например, звезда VV Цефея A больше Солнца по радиусу аж в 1050-1900 раз! И звезда весьма интересная своим непостоянством и «утекаемостью»: «светимость — в 275 000-575 000 раз больше. Звезда заполняет полость Роша, и её вещество перетекает на соседний компаньон. Скорость истекания газов достигает 200 км/с. Установлено, что VV Цефея A — физическая переменная, пульсирующая с периодом 150 суток». Конечно, большинству из нас будет не понятна информация с научными терминами, если лаконично — звезда раскаленная, теряющая материю. Ее размеры, силу, яркость светимости представить просто невозможно. Итак, 5 самых крупных звезд во Вселенной (признанные таковыми из ныне известных и открытых), в сравнении с которыми наше Солнце — горошина и пылинка: — VX Стрельца — в 1520 раз больше диаметра Солнца. Сверхгигант, гипергигант, переменная звезда в созвездии Стрельца, теряет свою массу из-за звёздного ветра. — Вэстерланд 1-26 — примерно в 1530-2544 раза больше радиуса Солнца. Красный сверхгигант или гипергигант, «находится в звёздном скоплении Вэстерланд 1 в созвездии Жертвенника». — Звезда WOH G64 из созвездия Золотой Рыбы , красный сверхгигант спектрального класса M7,5, находится а в соседней галактике Большое Магелланово Облако. Расстояние до Солнечной системы составляет примерно 163 тыс. св. лет. Больше радиуса Солнца в 1540 раз. — NML Лебедя (V1489 Лебедя) больше Солнца по радиусу в 1183 — 2775 раз , — «звезда, красный гипергигант, находится в созвездии Лебедь». — UY Щита больше радиуса Солнца в 1516 — 1900 раз. В настоящее время самая большая звезда в Млечном Пути и во Вселенной. «UY Щита — звезда (гипергигант) в созвездии Щита. Находится на расстоянии 9500 св. лет (2900 пк) от Солнца. Это одна из самых больших и самых ярких известных звёзд. По оценкам учёных, радиус UY Щита равен 1708 радиусам Солнца, диаметр 2,4 миллиарда км (15,9 а. е.). На пике пульсаций радиус может достигать 2000 радиусов Солнца. Объём звезды примерно в 5 миллиардов раз больше объёма Солнца». Из этого списка мы видим, что есть около сотни (90) звезд намного больше Солнца (!!!). И есть такие звезды, в масштабе которые Солнце — крупинка, а Земля даже не пыль, а атом. Дело в том, что места в данном списке распределены по принципу точности определения параметров, массе, есть примерно более огромные звезды, чем UY Щита, но доподлинно не установлены их размеры и иные параметры, впрочем и параметры этой звезды однажды могут стать под сомнение. Ясно, что звезды в 1000-2000 раз больше Солнца существуют. И, возможно, около некоторых есть или формируются планетные системы, и кто даст гарантии, что там не может быть жизни… или нет сейчас? Не было или никогда не будет? Никто… Мы слишком мало знаем о Вселенной и Космосе. Да, и даже из представленных на картинках звезд — самая последняя звезда — VY Большого Пса имеет радиус равный 1420 радиусам Солнца, а вот звезда UY Щита на пике пульсации около 2000 радиусов Солнца, и есть звезды предположительно больше 2,5 тысяч радиусов Солнца. Такие масштабы невозможно представить, это по истине внеземные форматы. Конечно, интересен вопрос — посмотрите на картинку самую первую в статье и на последние фото, где много-много звезд — как такое количество небесных тел сосуществует во Вселенной довольно спокойно? Нет взрывов, столкновений этих самых супергигантов, ведь небо, из того что видимо для нас, кишит звездами… На самом деле — это как раз умозаключение простых смертных, не понимающих масштабы Вселенной — мы видим искаженную картинку, а на самом деле места там всем хватает, и, возможно, есть и взрывы и столкновения, просто это не приводит к гибели Вселенной и даже части галактик, ведь расстояние от звезды до звезды огромное. Размеры объектов Вселенной в сравнении (фото) 1. Это Земля! Мы здесь живем. На первый взгляд она очень большая. Но, на самом деле, по сравнению с некоторыми объектами во Вселенной, наша планета ничтожно мала. Следующие фото помогут вам хотя бы примерно представить то, что просто не укладывается в голове. 2. Расположение планеты Земля в Солнечной системе. 3. Масштабированное расстояние между Землей и Луной. Выглядит не слишком далеко, не так ли? 4. Внутри этого расстояния можно разместить все планеты нашей Солнечной системы, красиво и аккуратно. 5. Это маленькое зеленое пятно является материком Северная Америка, на планете Юпитер. Можно себе представить на сколько больше Юпитер, чем Земля. 6. А это фото дает представление о размере планеты Земля (то есть шести наших планет) по сравнению с Сатурном. 7. Так бы выглядели кольца Сатурна, если они были вокруг Земли. Красота! 8. Между планетами Солнечной системы летают сотни комет. Так выглядит комета Чурюмова — Герасименко, на которую осенью 2014 года приземлился зонд «Филы», в сравнении с Лос-Анджелесом. 9. Но все объекты в Солнечной системе ничтожны малы по сравнению с нашим Солнцем. 10. Так наша планета выглядит с поверхности Луны. 11. Так наша планета выглядит с поверхности Марса. 12. А это мы с Сатурна. 13. Если вы долетите до границы Солнечной системы, то увидите нашу планету так. 14. Давайте вернемся немного назад. Это размер Земли по сравнению с размером нашего Солнца. Впечатляет, не так ли? 15. А это наше Солнце с поверхности Марса. 16. Но и наше Солнце только одна из звезд во Вселенной. Их количество больше чем песчинок на любом пляже Земли. 17. А это значит, что есть звезды значительно больше, чем наше Солнце. Только посмотрите, каким крошечным является Солнце по сравнению с самой большой известной на сегодняшний день звездой VY в созвездии Большого Пса. 18. Но ни одна звезда не сравниться с размером нашей Галактики Млечный путь. Если мы уменьшим наше Солнце до размеров белой клетки крови и во столько же раз уменьшим всю Галактику, то Млечный Путь будет размером с Россию. 19. Наша Галактика Млечный Путь огромна. Мы живем где то здесь. 20. К сожалению, все объекты, которые мы можем видеть не вооруженным глазом на небе ночью, помещаются в этом желтом кружочке. 21. Но Млечный Путь далеко не самая большая Галактика во Вселенной. Это Млечный Путь по сравнению с Галактикой IC 1011, которая находится в 350 миллионов световых лет от Земли. 22. Но и это еще не все. На этом снимке с телескопа Хаббл сфотографированы тысячи и тысячи галактик, каждая из которых содержит миллионы звезд со своими планетами. 23. Например, одна из галактик на фото, UDF 423. Эта галактика находится в десяти миллиардах световых лет от Земли. Когда вы смотрите на это фото, вы заглядываете на миллиарды лет в прошлое. 24. Этот темный кусочек ночного неба выглядит абсолютно пустым. Но при увеличении оказывается, что он содержит тысячи галактик с миллиардами звезд. 25. А это размер черной дыры по сравнению с размером Земной орбиты и орбитой планеты Нептун. Одна такая черная бездна легко может засосать всю солнечную систему. Знаете ли вы о том, что наблюдаемая нами Вселенная имеет довольно определённые границы? Мы привыкли ассоциировать Вселенную с чем-то бесконечным и непостижимым. Однако современная наука на вопрос о «бесконечности» Вселенной предлагает совсем другой ответ на столь «очевидный» вопрос. Согласно современным представлениям, размер наблюдаемой Вселенной составляет примерно 45,7 миллиардов световых лет (или 14,6 гигапарсек). Но что означают эти цифры? Первый вопрос, который приходит в голову обычному человеку – как Вселенная вообще не может быть бесконечной? Казалось бы, бесспорным является то, что вместилище всего сущего вокруг нас не должно иметь границ. Если эти границы и существуют, то что они вообще собой представляют? Допустим, какой-нибудь астронавт долетел до границ Вселенной. Что он увидит перед собой? Твёрдую стену? Огненный барьер? А что за ней – пустота? Другая Вселенная? Но разве пустота или другая Вселенная могут означать, что мы на границе мироздания? Ведь это не означает, что там находится «ничего». Пустота и другая Вселенная – это тоже «что-то». А ведь Вселенная – это то, что содержит абсолютно всё «что-то». Мы приходим к абсолютному противоречию. Получается, граница Вселенной должна скрывать от нас что-то, чего не должно быть. Или граница Вселенной должна отгораживать «всё» от «чего-то», но ведь это «что-то» должно быть также частью «всего». В общем, полный абсурд. Тогда как учёные могут заявлять о граничном размере, массе и даже возрасте нашей Вселенной? Эти значения хоть и невообразимо велики, но всё же конечны. Наука спорит с очевидным? Чтобы разобраться с этим, давайте для начала проследим, как люди пришли к современному понимаю Вселенной. Расширяя границы Человек с незапамятных времён интересовался тем, что представляет собой окружающий их мир. Можно не приводить примеры о трёх китах и прочие попытки древних объяснить мироздание. Как правило, в конечном итоге все сводилось к тому, что основой всего сущего является земная твердь. Даже во времена античности и средневековья, когда астрономы имели обширные познания в закономерностях движения планет по «неподвижной» небесной сфере, Земля оставалась центром Вселенной. Естественно, ещё в Древней Греции существовали те, кто считал то, что Земля вращается вокруг Солнца. Были те, кто говорил о множестве миров и бесконечности Вселенной. Но конструктивные обоснования этим теориям возникли только на рубеже научной революции. В 16 веке польский астроном Николай Коперник совершил первый серьёзный прорыв в познании Вселенной. Он твёрдо доказал, что Земля является лишь одной из планет, обращающихся вокруг Солнца. Такая система значительно упрощала объяснение столь сложного и запутанного движения планет по небесной сфере. В случае неподвижной Земли астрономам приходилось выдумывать всевозможные хитроумные теории, объясняющие такое поведение планет. С другой стороны, если Землю принять подвижной, то объяснение столь замысловатым движениям приходит, само собой. Так в астрономии укрепилась новая парадигма под названием «гелиоцентризм». Множество Солнц Однако даже после этого астрономы продолжали ограничивать Вселенную «сферой неподвижных звёзд». Вплоть до 19 века им не удавалось оценить расстояние до светил. Несколько веков астрономы безрезультатно пытались обнаружить отклонения положения звёзд относительно движения Земли по орбите (годичные параллаксы). Инструменты тех времён не позволяли проводить столь точные измерения. Наконец, в 1837 году русско-немецкий астроном Василий Струве измерил параллакс . Это ознаменовало новый шаг в понимании масштабов космоса. Теперь учёные могли смело говорить о том, что звезды являют собой далекие подобия Солнца. И наше светило отныне не центр всего, а равноправный «житель» бескрайнего звёздного скопления. Астрономы ещё больше приблизились к пониманию масштабов Вселенной, ведь расстояния до звёзд оказались воистину чудовищными. Даже размеры орбит планет казались по сравнению с этим чем-то ничтожным. Дальше нужно было понять, каким образом звёзды сосредоточены во . Множество Млечных Путей Известный философ Иммануил Кант ещё в 1755 предвосхитил основы современного понимания крупномасштабной структуры Вселенной. Он выдвинул гипотезу о том, что Млечный Путь является огромным вращающимся звёздным скоплением. В свою очередь, многие наблюдаемые туманности также являются более удалёнными «млечными путями» — галактиками. Не смотря на это, вплоть до 20 века астрономы придерживались того, что все туманности являются источниками звёздообразования и входят в состав Млечного Пути. Ситуация изменилась, когда астрономы научились измерять расстояния между галактиками с помощью . Абсолютная светимость звёзд такого типа лежит в строгой зависимости от периода их переменности. Сравнивая их абсолютную светимость с видимой, можно с высокой точностью определить расстояние до них. Этот метод был разработан в начале 20 века Эйнаром Герцшрунгом и Харлоу Шелпи. Благодаря ему советский астроном Эрнст Эпик в 1922 году определил расстояние до Андромеды, которое оказалось на порядок больше размера Млечного Пути. Эдвин Хаббл продолжил начинание Эпика. Измеряя яркости цефеид в других галактиках, он измерил расстояние до них и сопоставил его с красным смещением в их спектрах. Так в 1929 году он разработал свой знаменитый закон. Его работа окончательно опровергла укрепившееся мнение о том, что Млечный Путь является краем Вселенной. Теперь он был одной из множества галактик, которые ещё когда-то считали его составной частью. Гипотеза Канта подтвердилась почти через два столетия после её разработки. В дальнейшем, открытая Хабблом связь расстояния галактики от наблюдателя относительно скорости её удаления от него, позволило составить полноценную картину крупномасштабной структуры Вселенной. Оказалось, галактики были лишь её ничтожной частью. Они связывались в скопления, скопления в сверхскопления. В свою очередь, сверхскопления складываются в самые большие из известных структур во Вселенной – нити и стены. Эти структуры, соседствуя с огромными сверхпустотами () и составляют крупномасштабную структуру, известной на данный момент, Вселенной. Очевидная бесконечность Из вышесказанного следует то, что всего за несколько веков наука поэтапно перепорхнула от геоцентризма к современному пониманию Вселенной. Однако это не даёт ответа, почему мы ограничиваем Вселенную в наши дни. Ведь до сих пор речь шла лишь о масштабах космоса, а не о самой его природе. Первым, кто решился обосновать бесконечность Вселенной, был Исаак Ньютон. Открыв закон всемирного тяготения, он полагал, что будь пространство конечно, все её тела рано или поздно сольются в единое целое. До него мысль о бесконечности Вселенной если кто-то и высказывал, то исключительно в философском ключе. Без всяких на то научных обоснований. Примером тому является Джордано Бруно. К слову, он подобно Канту, на много столетий опередил науку. Он первым заявил о том, что звёзды являются далёкими солнцами, и вокруг них тоже вращаются планеты. Казалось бы, сам факт бесконечности довольно обоснован и очевиден, но переломные тенденции науки 20 века пошатнули эту «истину». Стационарная Вселенная Первый существенный шаг на пути к разработке современной модели Вселенной совершил Альберт Эйнштейн. Свою модель стационарной Вселенной знаменитый физик ввёл в 1917 году. Эта модель была основана на общей теории относительности, разработанной им же годом ранее. Согласно его модели, Вселенная является бесконечной во времени и конечной в пространстве. Но ведь, как отмечалось ранее, согласно Ньютону Вселенная с конечным размером должна сколлапсироваться. Для этого Эйнштейн ввёл космологическую постоянную, которая компенсировала гравитационное притяжение далёких объектов. Как бы это парадоксально не звучало, саму конечность Вселенной Эйнштейн ничем не ограничивал. По его мнению, Вселенная представляет собой замкнутую оболочку гиперсферы. Аналогией служит поверхность обычной трёхмерной сферы, к примеру – глобуса или Земли. Сколько бы путешественник ни путешествовал по Земле, он никогда не достигнет её края. Однако это вовсе не означает, что Земля бесконечна. Путешественник просто-напросто будет возвращаться к тому месту, откуда начал свой путь. На поверхности гиперсферы Точно также космический странник, преодолевая Вселенную Эйнштейна на звездолёте, может вернуться обратно на Землю. Только на этот раз странник будет двигаться не по двумерной поверхности сферы, а по трёхмерной поверхности гиперсферы. Это означает, что Вселенная имеет конечный объём, а значит и конечное число звёзд и массу. Однако ни границ, ни какого-либо центра у Вселенной не существует. К таким выводам Эйнштейн пришёл, связав в своей знаменитой теории пространство, время и гравитацию. До него эти понятия считались обособленными, отчего и пространство Вселенной было сугубо евклидовым. Эйнштейн доказал, что само тяготение является искривлением пространства-времени. Это в корне меняло ранние представления о природе Вселенной, основанной на классической ньютоновской механике и евклидовой геометрии. Расширяющаяся Вселенная Даже сам первооткрыватель «новой Вселенной» не был чужд заблуждений. Эйнштейн хоть и ограничил Вселенную в пространстве, он продолжал считать её статичной. Согласно его модели, Вселенная была и остаётся вечной, и её размер всегда остаётся неизменным. В 1922 году советский физик Александр Фридман существенно дополнил эту модель. Согласно его расчётам, Вселенная вовсе не статична. Она может расширяться или сжиматься со временем. Примечательно то, Фридман пришёл к такой модели, основываясь на всё той же теории относительности. Он сумел более корректно применить эту теорию, минуя космологическую постоянную. Альберт Эйнштейн не сразу принял такую «поправку». На помощь этой новой модели пришло, упомянутое ранее открытие Хаббла. Разбегание галактик бесспорно доказывало факт расширения Вселенной. Так Эйнштейну пришлось признать свою ошибку. Теперь Вселенная имела определённый возраст, который строго зависит от постоянной Хаббла, характеризующей скорость её расширения. Дальнейшее развитие космологии По мере того, как учёные пытались решить этот вопрос, были открыты многие другие важнейшие составляющие Вселенной и разработаны различные её модели. Так в 1948 году Георгий Гамов ввёл гипотезу «о горячей Вселенной», которая в последствие превратится в теорию большого взрыва. Открытие в 1965 году подтвердило его догадки. Теперь астрономы могли наблюдать свет, дошедший с того момента, когда Вселенная стала прозрачна. Тёмная материя, предсказанная в 1932 году Фрицом Цвикки, получила своё подтверждение в 1975 году. Тёмная материя фактически объясняет само существование галактик, галактических скоплений и самой Вселенской структуры в целом. Так учёные узнали, что большая часть массы Вселенной и вовсе невидима. Наконец, в 1998 в ходе исследования расстояния до было открыто, что Вселенная расширяется с ускорением. Этот очередной поворотный момент в науке породил современное понимание о природе Вселенной. Введённый Эйнштейном и опровергнутый Фридманом космологический коэффициент снова нашёл своё место в модели Вселенной. Наличие космологического коэффициента (космологической постоянной) объясняет её ускоренное расширение. Для объяснения наличия космологической постоянной было введено понятия – гипотетическое поле, содержащее большую часть массы Вселенной. Современное представление о размере наблюдаемой Вселенной Современная модель Вселенной также называется ΛCDM-моделью. Буква «Λ» означает присутствие космологической постоянной, объясняющей ускоренное расширение Вселенной. «CDM» означает то, что Вселенная заполнена холодной тёмной материей. Последние исследования говорят о том, что постоянная Хаббла составляет около 71 (км/с)/Мпк, что соответствует возрасту Вселенной 13,75 млрд. лет. Зная возраст Вселенной, можно оценить размер её наблюдаемой области. Согласно теории относительности информация о каком-либо объекте не может достигнуть наблюдателя со скоростью большей, чем скорость света (299792458 м/c). Получается, наблюдатель видит не просто объект, а его прошлое. Чем дальше находится от него объект, тем в более далёкое прошлое он смотрит. К примеру, глядя на Луну, мы видим такой, какой он была чуть более секунды назад, Солнце – более восьми минут назад, ближайшие звёзды – годы, галактики – миллионы лет назад и т.д. В стационарной модели Эйнштейна Вселенная не имеет ограничения по возрасту, а значит и её наблюдаемая область также ничем не ограничена. Наблюдатель, вооружаясь всё более совершенными астрономическими приборами, будет наблюдать всё более далёкие и древние объекты. Другую картину мы имеем с современной моделью Вселенной. Согласно ей Вселенная имеет возраст, а значит и предел наблюдения. То есть, с момента рождения Вселенной никакой фотон не успел бы пройти расстояние большее, чем 13,75 млрд световых лет. Получается, можно заявить о том, что наблюдаемая Вселенная ограничена от наблюдателя шарообразной областью радиусом 13,75 млрд. световых лет. Однако, это не совсем так. Не стоит забывать и о расширении пространства Вселенной. Пока фотон достигнет наблюдателя, объект, который его испустил, будет от нас уже в 45,7 миллиардах св. лет. Этот размер является горизонтом частиц, он и является границей наблюдаемой Вселенной. За горизонтом Итак, размер наблюдаемой Вселенной делится на два типа. Видимый размер, называемый также радиусом Хаббла (13,75 млрд. световых лет). И реальный размер, называемый горизонтом частиц (45,7 млрд. св. лет). Принципиально то, что оба эти горизонта совсем не характеризуют реальный размер Вселенной. Во-первых, они зависят от положения наблюдателя в пространстве. Во-вторых, они изменяются со временем. В случае ΛCDM-модели горизонт частиц расширяется со скоростью большей, чем горизонт Хаббла. Вопрос на то, сменится ли такая тенденция в дальнейшем, современная наука ответа не даёт. Но если предположить, что Вселенная продолжит расширяться с ускорением, то все те объекты, которые мы видим сейчас рано или поздно исчезнут из нашего «поля зрения». На данный момент самым далёким светом, наблюдаемым астрономами, является реликтовое излучение. Вглядываясь в него, учёные видят Вселенную такой, какой она была через 380 тысяч лет после Большого Взрыва. В этот момент Вселенная остыла настолько, что смогла испускать свободные фотоны, которые и улавливают в наши дни с помощью радиотелескопов. В те времена во Вселенной не было ни звёзд, ни галактик, а лишь сплошное облако из водорода, гелия и ничтожного количества других элементов. Из неоднородностей, наблюдаемых в этом облаке, в последствие сформируются галактические скопления. Получается, именно те объекты, которые сформируются из неоднородностей реликтового излучения, расположены ближе всего к горизонту частиц. Истинные границы То, имеет ли Вселенная истинные, не наблюдаемые границы, до сих пор остаётся предметом псевдонаучных догадок. Так или иначе, все сходятся на бесконечности Вселенной, но интерпретируют эту бесконечность совсем по-разному. Одни считают Вселенную многомерной, где наша «местная» трёхмерная Вселенная является лишь одним из её слоёв. Другие говорят, что Вселенная фрактальна – а это означает, что наша местная Вселенная может оказаться частицей другой. Не стоит забывать и о различных моделях Мультивселенной с её закрытыми, открытыми, параллельными Вселенными, червоточинами. И ещё много-много различных версий, число которых ограничено лишь человеческой фантазией. Но если включить холодный реализм или просто отстраниться от всех этих гипотез, то можно предположить, что наша Вселенная является бесконечным однородным вместилищем всех звёзд и галактик. Причем, в любой очень далёкой точке, будь она в миллиардах гигапарсек от нас, всё условия будут точно такими же. В этой точке будут точно такими же горизонт частиц и сфера Хаббла с таким же реликтовым излучением у их кромки. Вокруг будут такие же звёзды и галактики. Что интересно, это не противоречит расширению Вселенной. Ведь расширяется не просто Вселенная, а само её пространство. То, что в момент большого взрыва Вселенная возникла из одной точки говорит только о том, что бесконечно мелкие (практические нулевые) размеры, что были тогда, сейчас превратились в невообразимо большие. В дальнейшем будем пользоваться именно этой гипотезой для того, что наглядно осознать масштабы наблюдаемой Вселенной. Наглядное представление В различных источниках приводятся всевозможные наглядные модели, позволяющие людям осознать масштабы Вселенной. Однако нам мало осознать, насколько велик космос. Важно представлять, каким образом проявляют такие понятия, как горизонт Хаббла и горизонт частиц на самом деле. Для этого давайте поэтапно вообразим свою модель. Забудем о том, что современная наука не знает о «заграничной» области Вселенной. Отбросив версии о мультивселенных, фрактальной Вселенной и прочих её «разновидностях», представим, что она просто бесконечна. Как отмечалось ранее, это не противоречит расширению её пространства. Разумеется, учтём то, что её сфера Хаббла и сфера частиц соответственно равны 13,75 и 45,7 млрд световых лет. Масштабы Вселенной Нажмите кнопку СТАРТ и откройте для себя новый, неизведанный мир! Для начала попробуем осознать, насколько велики Вселенские масштабы. Если вы путешествовали по нашей планете, то вполне можете представить, насколько для нас велика Земля. Теперь представим нашу планету как гречневую крупицу, которая движется по орбите вокруг арбуза-Солнца размером с половину футбольного поля. В таком случае орбита Нептуна будет соответствовать размеру небольшого города, область – Луне, область границы воздействия Солнца – Марсу. Получается, наша Солнечная Система настолько же больше Земли, насколько Марс больше гречневой крупы! Но это только начало. Теперь представим, что этой гречневой крупой будет наша система, размер которой примерно равен одному парсеку. Тогда Млечный Путь будет размером с два футбольных стадиона. Однако и этого нам будет не достаточно. Придётся и Млечный Путь уменьшить до сантиметрового размера. Она чем-то будет напоминать завёрнутую в водовороте кофейную пенку посреди кофейно-чёрного межгалактическое пространства. В двадцати сантиметрах от неё расположиться такая же спиральная «кроха» — Туманность Андромеды. Вокруг них будет рой малых галактик нашего Местного Скопления. Видимый же размер нашей Вселенной будет составлять 9,2 километра. Мы подошли к понимаю Вселенских размеров. Внутри вселенского пузыря Однако нам мало понять сам масштаб. Важно осознать Вселенную в динамике. Представим себя гигантами, для которых Млечный Путь имеет сантиметровым диаметр. Как отмечалось только что, мы окажемся внутри шара радиусом 4,57 и диаметром 9,24 километров. Представим, что мы способны парить внутри этого шара, путешествовать, преодолевая за секунду целые мегапарсеки. Что мы увидим в том случае, если наша Вселенная будет бесконечна? Разумеется, пред нами предстанет бесчисленное множество всевозможных галактик. Эллиптические, спиральные, иррегулярные. Некоторые области будут кишить ими, другие – пустовать. Главная особенность будет в том, что визуально все они будут неподвижны, пока неподвижными будем мы. Но стоит нам сделать шаг, как и сами галактики придут в движение. К примеру, если мы будем способны разглядеть в сантиметровом Млечном Пути микроскопическую Солнечную Систему, то сможем пронаблюдать её развитие. Отдалившись от нашей галактики на 600 метров, мы увидим протозвезду Солнце и протопланетный диск в момент формирования. Приближаясь к ней, мы увидим, как появляется Земля, зарождается жизнь и появляется человек. Точно также мы будем видеть, как видоизменяются и перемещаются галактики по мере того, как мы будем удаляться или приближаться к ним. Следовательно, чем в более далёкие галактики мы будем вглядываться, тем более древними они будут для нас. Так самые далёкие галактики будут расположены от нас дальше 1300 метров, а на рубеже 1380 метров мы будем видеть уже реликтовое излучение. Правда, это расстояние для нас будет мнимым. Однако, по мере того, как будем приближаться к реликтовому излучению, мы будем видеть интересную картину. Естественно, мы будем наблюдать то, как из первоначального облака водорода будут образовываться и развиваться галактики. Когда же мы достигнем одну из этих образовавшихся галактик, то поймем, что преодолели вовсе не 1,375 километров, а все 4,57. Уменьшая масштабы В качестве итога мы ещё больше увеличимся в размерах. Теперь мы можем разместить в кулаке целые войды и стены. Так мы окажемся в довольно небольшом пузыре, из которого невозможно выбраться. Мало того, что расстояние до объектов на краю пузыря будет увеличиваться по мере их приближения, так ещё и сам край будет бесконечно смещаться. В этом и заключается вся суть размера наблюдаемой Вселенной. Какой бы Вселенная не была большой, для наблюдателя она всегда останется ограниченным пузырём. Наблюдатель всегда будет в центре этого пузыря, фактически он и есть его центр. Пытаясь добраться до какого-либо объекта на краю пузыря, наблюдатель будет смещать его центр. По мере приближения к объекту, этот объект всё дальше будет отходить от края пузыря и в тоже время видоизменяться. К примеру – от бесформенного водородного облачка он превратится в полноценную галактику или дальше галактическое скопление. Ко всему прочему, путь до этого объекта будет увеличиваться по мере приближения к нему, так как будет меняться само окружающее пространство. Добравшись до этого объекта, мы лишь сместим его с края пузыря в его центр. На краю Вселенной всё также будет мерцать реликтовое излучение. Если предположить, что Вселенная и дальше будет расширяться ускоренно, то находясь в центре пузыря и мотая время на миллиарды, триллионы и даже более высокие порядки лет вперёд, мы заметим ещё более интересную картину. Хотя наш пузырь будет также увеличиваться в размерах, его видоизменяющиеся составляющие будут отдаляться от нас ещё быстрее, покидая край этого пузыря, пока каждая частица Вселенной не будет разрозненно блуждать в своём одиноком пузыре без возможности взаимодействовать с другими частицами. Итак, современная наука не располагает сведениями о том, каковы реальные размеры Вселенной и имеет ли она границы. Но мы точно знаем о том, что наблюдаемая Вселенная имеет видимую и истинную границу, называемую соответственно радиусом Хаббла (13,75 млрд св. лет) и радиусом частиц (45,7 млрд. световых лет). Эти границы полностью зависят от положения наблюдателя в пространстве и расширяются со временем. Если радиус Хаббла расширяется строго со скоростью света, то расширение горизонта частиц носит ускоренный характер. Вопрос о том, будет ли его ускорение горизонта частиц продолжаться дальше и не сменится ли на сжатие, остаётся открытым.

Видео дня: захватывающее сравнение размеров звезд и планет во Вселенной

Все познается в сравнении. Возможно, именно этим афоризмом руководствовался пользователь YouTube под ником morn1415, когда семь лет назад создал весьма оригинальный видеоролик, обеспечивающий наглядное представление о том, как соотносятся размеры самых известных небесных тел. Сейчас у этого видеоролика, собравшего множество восторженных отзывов, порядка 14 млн просмотров. В данном случае мы говорим об оригинальном видео, множество скачанных и повторно загруженных другими пользователями версий в расчет не берем. На всякий случай приведем его ниже (вдруг кто не видел, но хочет посмотреть). Предметом конкретно этой заметки является продолжение оригинальной версии «Star Size Comparison HD», столь запрашиваемое многими пользователи YouTube.

Оно называется просто Star Size Comparison 2 и выполнено в том же духе, что и оригинал, но куда масштабнее. Отправной точкой сравнения выступает все та же Луна, по левую сторону которой расположены меньшие по размерам Плутон и Церера, ближайшая к Солнцу и наименьшая среди известных карликовых планет Солнечной системы. Затем уже по накатанной схеме в порядке возрастания диаметра идут другие небесные тела. Замыкает этот парад звезда (супергигант) UY Scuti. Это одна из самых больших и самых ярких известных человечеству звезд. По оценкам ученых, радиус UY Scuti равен 1708 радиусам Солнца, диаметр – 2,4 миллиарда км.

Отталкиваясь от размеров UY Scuti автор видео дает доступное (как говорится, для домохозяек) объяснение понятиям световой день и световой год, рассказывает несколько общеизвестных научных фактов о Вселенной. Также видео позволяет оценить масштабы галактики Млечный Путь, сравнить ее с ближайшим соседом – Галактикой Андромеды. Напомним, галактика Андромеды и наша Галактика приближаются друг к другу со скоростью 100—140 км/с, расчетное время до столкновения этих двух галактических систем – 3-4 миллиарда лет.

Не забыл автор и про гипотезу Мультивселенной. Согласитесь, лучшей концовки для этого эпического сказания было и не придумать. Отдельно стоит отметить звуковое сопровождение – получилось очень атмосферно. В общем, автору видео респект и уважуха огромное спасибо за проделанную работу.

Источник: YouTube (1 и 2)

Урок 10. масштабы вселенной — Естествознание — 10 класс

Естествознание, 10 класс

Урок 10. Масштабы Вселенной

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: Что понимают под Вселенной? Что такое макромир, наномир, микромир и мегамир и каковы их масштабы? С помощью каких средств изучаются различные объекты Вселенной? Чем ограничены наши возможности при изучении объектов Вселенной? Как знания о различных объектах Вселенной могут быть наглядно представлены?

Глоссарий по теме:

Вселенная – весь существующий материальный мир, бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.

Структура (от лат. structura – строение, расположение, порядок) – совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих сохранение его основных свойств при различных внешних и внутренних изменениях.

Масштаб – отношение двух линейных размеров. Отношение натуральной величины объекта к величине его изображения.

Мегамир (от греч. μέγας – большой) – структурная область Вселенной, объекты которой характеризуются огромными масштабами, измеряемыми десятками – миллиардами световых лет (звезды, черные дыры, звездные скопления, галактики, скопления галактик).

Макромир (от греч. μάκρος – большой) – структурная область Вселенной, объекты которой соизмеримы с масштабами жизни на Земле (доступны человеку для наблюдения с помощью органов чувств).

Микромир (от греч. μικρός – малый) – структурная область Вселенной, объекты которой имеют размеры порядка 10^-8 м и меньше (молекулы, атомы, ядра атомов, элементарные частицы).

Наномир (от греч. μικρός – карлик) – пограничная область микромира, особые структуры которого характеризуются размерами объектов порядка 1 – 100 нм (1 нм = 10^-9 м), что соответствует размерам молекул и атомов.

Световой год – расстояние, которое свет проходит за 1 год (9,46∙10¹² км).

Астрономическая единица (а.е.) – расстояние, равное среднему расстоянию Земли от Солнца (149,6 млн. км).

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

1. Естествознание. 10 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2017. – С. 44-49.

2. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч. 1. Биография физики. Путешествие в глубь материи. Механическая картина мира / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – С. 102-103, 126, 212-216, 234-235, 274-279.

3. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч. 2. Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – С. 267-270.

4. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – С. 209-211.

Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии)

Новая философская энциклопедия. Вселенная. URL:

https://iphlib.ru/greenstone3/library/collection/newphilenc/document/HASH0147b7dcec87b53fee51af47

Физический энциклопедический словарь. Космология. URL:

https://gufo.me/dict/physics/%D0%9A%D0%9E%D0%A1%D0%9C%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%98%D0%AF

Химия и жизнь. – 2017. – №5. URL:

http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/433604/Vzglyani_na_atomy_prikosnis_k_molekule

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Наука изучает самые разные объекты материального мира: от звезд, удаленных от нас на десятки световых лет, до атомов, размеры которых составляют сто миллионные доли сантиметра. Как же можно систематизировать знания о столь разных объектах природы?

Окружающий нас материальный мир очень разный, его объекты могут очень сильно отличаться по своим пространственно-временным характеристикам. Доступные нашим органам чувств объекты принято называть макромиром, например, Земля и ее окрестности, человек, животные, растения. Звезды и их скопления, галактики, имеющие гигантские размеры и удаленные на огромные от нас расстояния, образуют мегамир. Мельчайшие объекты, такие как атомы и элементарные частицы, составляю микромир.

Все это многообразие существующих вокруг нас материальных объектов принято называть Вселенной. Разнообразные структуры Вселенной различаются не только своими пространственно-временным характеристикам, но и образующими их структурными элементами и закономерностями своего существования и развития. Используя различные средства и методы исследования, наука сначала получает знания об отдельных структурах Вселенной, а затем эти знания систематизирует.

Рассмотрение Вселенной как сложно организованной системы позволяет выделить в ней отдельные структурные области: мегамир, макромир и микромир. Сразу отметим, что границы между этими мирами достаточно условны.

Наглядное представление о размерах объектов макро-, мега и микромира можно получить, если мысленно увеличивать или уменьшать некоторую сферу во много раз.

Если для примера взять сферу радиусом 10 см, объекты такого размера относятся к макромиру, и увеличить ее в миллиард раз, то получим сферу радиусом 100 000 км. 100 000 км это приблизительно четверть того расстояния, на которое Луна удалена от Земли. Спутник нашей планеты – Луна (средний радиус около 1,7 тысяч км), и остальные небесные тела Солнечной системы (несмотря большую удаленность от Земли) достаточно хорошо изучены.

В сферу этих размеров попадает большое число объектов макромира. Так средний радиус планеты Земля около 6,4 тысяч км, ее газовая оболочка – атмосфера, простирается на расстояние 100 км от ее поверхности. Водная оболочка Земли – мировой океан, занимает площадь 361,1 миллионов квадратных километров, что составляет более 70% земной поверхности.

Нашу планету населяет огромное число живых организмов, многообразие которых представлено миллионами видов. Размеры их варьируются в больших пределах. Так синий кит может достигать в длину более 30 метров и иметь массу полторы сотни тонн. Размеры бактериальных клеток оцениваются микрометрами (тысячные доли миллиметра). Для того чтобы их увидеть необходимо воспользоваться микроскопом. Все живые структуры состоят из веществ, а их существование подчиняется биологическим законам.

Таким образом, макромир – это структурная область Вселенной, объекты которой соизмеримы с жизнью на Земле. Материя на этом структурном уровне Вселенной представлена полем и веществом и организована в различные неживые и живые структуры, существование и развитие которых определяется особенностями их организации.

Обратимся теперь к обсуждению космических размеров. Земля находится от Солнца в среднем на расстоянии 149,6 млн. км. Это расстояние в астрономии принимается за 1 астрономическую единицу (а.е.). Самая дальняя планета Солнечной системы – Нептун находится от Солнца на расстоянии около 30 а.е. Размеры Солнечной системы и расстояния, на которых находятся ближайшие к нам звезды, будут составлять уже сотни тысяч астрономических единиц.

Для таких больших расстояний используют световые единицы. Эти единицы показывают, сколько времени потребуется свету, чтобы пройти определенное расстояние. 1 световой год равен приблизительно 9,46∙10¹² км. Для сравнения: свет от Солнца до Земли доходит за 8 минут. Размер Солнечной системы оценивается примерно в 2 световых года. Ближайшая к Земле звезда – Проксима Центавра, расположена на расстоянии более 4 световых лет.

Космическое пространство в радиусе 10¹⁴ км или 10 световых лет от Солнца содержит около десятка звезд. Расстояния до них, а также их возраст, массы, размеры, состав, температуры поверхностей, светимость ученые уже определили достаточно точно. Размеры в десятки световых лет – это масштабы мегамира. Так, размер нашей галактики Млечный путь составляет около 100 тысяч световых лет (диаметр). Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако – галактики, которые находятся от нашей галактики на расстоянии 160 тысяч световых лет. Расстояние до еще одной из близких к нам галактик – галактики Андромеды составляет около 2,5 миллионов световых лет. Размеры галактик измеряются десяткам – сотнями тысяч световых лет, массы составляют от 10⁷ до 10¹² масс Солнца (масса Солнца равна около 2∙10³⁰ кг).

Граница наблюдаемого мегамира находится от нас на расстоянии порядка 10 миллиардов световых лет. Согласно общепринятой гипотезе возраст нашей Вселенной составляет около 14 миллиардов лет, поэтому свет от объектов, удаленных более чем на 14 миллиардов световых лет, ещё до нас не дошёл, и наблюдать такие объекты невозможно.

Таким образом, структурные уровни мегамира – звезды и звездные скопления, галактики, скопления галактик. Это структуры огромных размеров, масс и энергий, их движение определяется гравитационным взаимодействием и описывается законами общей теории относительности.

Рассмотрим теперь объекты микромира. Если уменьшить сферу радиусом 10 см в миллиард раз, то получим размер, соответствующий 10^-8 см (10^-10 м). Такие размеры соответствуют молекулам и атомам. Увидеть объекты такого размера с помощью микроскопа невозможно, т. к. длина волны видимого света находится в диапазоне в тысячи раз превышающем их размеры. О структуре атомов и молекул судят по косвенным данным, на основании которых и создаются модельные образы.

Приведем численные значения радиусов некоторых атомов. Так радиус атома водорода составляет около 5,3∙10^-11 м, радиус атома углерода равен 7,7∙10^-11 м, радиус атома железа равен 1,28∙10^-10 м. Размеры атома определяются размером его электронной оболочки.

Электрон имеет двойственную природу, обладает свойствами и частицы – заряд (-1,6∙10^-19 Кл), масса (9,109∙10^-31 кг), и волны (длина волны, частота). Волновая природа электрона проявляется в способности к дифракции и интерференции. Энергия электрона в атоме изменяется дискретно. Волновая природа электрона не позволяет говорить о траектории его движения. Состояние электронов в атоме описывается законами квантовой механики.

Нахождение электрона в атоме описывают как электронное облако определенной формы. Электронные облака изображают с помощью моделей – атомных орбиталей различной формы. Электронная конфигурация атомов (распределение электронов по орбиталям) определяет его химические свойства. Атомы могут соединяться, образуя большое разнообразие более сложных структур, существование которых обусловлено химической связью, имеющей электростатическую природу. Оценить размеры молекул можно по длинам связей (расстояние между центрами атомов, связанных химической связью). Так, например, в молекуле водорода Н₂ длина связи составляет 7,4∙10^-11 м. В молекуле воды Н₂О расстояние между центрами атомов кислорода и водорода составляет около 10^-10 м.

Более сложные молекулы, например, фуллеренов С₆₀ и С₇₀^{имеют диаметр 7,1∙10-10 и 7,8∙10-10 м. Атомы могут соединяться в еще более крупные молекулы и образовывать длинные цепочки полимеров. Размеры таких молекул могут достигать нескольких сотен нанометров. Например, длина молекулы мышечного белка миозина составляет около 200 нм. С помощью электронного микроскопа была установлена форма молекул миозина, а рентгенограмма показала его вторичную структуру. Самые небольшие молекулы нуклеиновых кислот вирусов, состоящие всего из нескольких тысяч нуклеотидов, могут достигать в длину несколько сотен нанометров. Диаметр ДНК составляет около 2∙10-9 м, а длина у разных организмом может быть в тысячи – миллионы раз больше.}

Последние десятилетия активно развиваются прикладные исследования структур, размеры которых находятся в интервале 1 – 100 нанометров. Результаты изучения фуллеренов, фуллеритов, углеродных нанотрубок, молекул белков, нанокристаллов, кластеров, тонких пленок и других структур размером от 10^-9 до 10^-6 м лежат в основе современных нанотехнологий. Мир объектов таких масштабов стали называть наномиром

Вернемся к строению атома. Ядро атома имеет размеры порядка 10^-15 м и состоит из нуклонов, протонов и нейтронов. Их массы составляют 1,673∙10^-27 кг и 1,675∙10^-27 кг соответственно. Существование протонов и нейтронов в ядре определяется сильным взаимодействием, которое может проявляться только на таких малых расстояниях. Протоны и нейтроны, как и другие объекты микромира, обладают двойственной корпускулярно-волновой природой. Нейтроны и протоны не являются элементарными частицами и в своем составе имеют еще более мелкие частицы – кварки, размер которых оценивается уже в 10^-18 м. Размеры такого порядка соответствуют масштабам электрона. Проникнуть еще глубже в микромир ученые еще не могут. Современные способы изучения структур микромира основаны на наблюдениях за столкновениями между различными частицами. Чем меньше частица, тем больше энергии ей нужно сообщить. Эта энергия сообщается частицам при разгоне на ускорителях. Причем, чем больше энергии требуется, тем больше должен быть размер ускорителя. Современные ускорители имеют размеры в несколько километров (например, Большой адронный коллайдер), однако даже этих размеров недостаточно для проникновения в структуры объектов порядка 10^-18 – 10^-19 м, размер необходимых для этого ускорителей сопоставим с размерами земного шара.

Все современные методы исследования объектов различного масштаба основываются на использовании сложнейших приборов. Современные электронные микроскопы, использующие вместо света пучок электронов, позволяют получить изображения, где различимы отдельные атомы. Для изучения объектов мегамира используются, например, различные телескопы (оптические, радиотелескопы, космические телескопы) и межпланетные станции. В современных оптических телескопах размер зеркала может достигать 10 м. Главное зеркало космического телескопа Хаббла имеет диаметр 2,4 м. А рефлекторное зеркало радиотелескопа РАТАН-600 составляет 576 м.

Резюме теоретической части: Под Вселенной понимается всё многообразие окружающего материального мира. Во Вселенной можно выделить структурные области, объекты которой различаются масштабами и закономерностями своего существования: мегамир, макромир, наномир, микромир. Объекты макромира соизмеримы с масштабами жизни на Земле и доступны человеку для наблюдения с помощью органов чувств. Объекты мегамира в силу большой удаленности и огромности размеров и объекты микромира из-за чрезвычайно малых размеров и особенностей организации недоступны непосредственному восприятию человека и требуют специальных средств и методов изучения. Изобретение телескопа и микроскопа положило начало созданию средств исследования природных объектов, непосредственное изучение которых человеком затруднено в силу или большой удаленности или малых размеров. Современные электронные телескопы и микроскопы наряду с другими сложными приборами, такими, например, как Большой адронный коллайдер, являются важными средствами изучения удаленных и мельчайших структур Вселенной. На современном этапе развития науки границы наблюдаемого мегамира находятся на расстояниях около 10 миллиардов световых лет от Земли, а познания микромира ограничены размерами порядка 10^-18 м, что соответствует размерам электрона. Систематизация научных знаний и наглядное их представление является одной из важных задач науки.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Укажите верные утверждения:

Утверждение	Правильный ответ и пояснение
А. Вселенная – это все материальные объекты, окружающие нас.	Правильное утверждение. Вселенная – весь существующий материальный мир, бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.
Б. Мегамир, макромир и микромир резко разграничены между собой.	Неправильное утверждение. Во Вселенной можно выделить некоторые структурные области, объекты которой различаются масштабами и закономерностями своего существования: мегамир, макромир, микромир. Границы между этими мирами достаточно условны.
В. Особые структуры микромира, лежащие в основе нанотехнологий, можно назвать наномиром.	Правильное утверждение. Появление нового направления в науке – нанотехнологий, связано с развитие прикладных исследований особых объектов размерами порядка 1 – 100 нм (1 нм = 10-9 м). Размеры наноструктур соответствуют размерам молекул и атомов. Для обозначения таких структур стали использовать понятие наномир.
Г. С помощью современных приборов мы можем непосредственно увидеть строение атомов и молекул.	Неправильное утверждение. Непосредственно увидеть строение атомов и молекул невозможно. О структуре атомов и молекул судят по косвенным данным, на основании которых и создаются модельные образы.
Д. Масштабы мегамира настолько огромны, что для их описания вводят специальную величину – световой год.	Правильное утверждение. Мегамир – структурная область Вселенной, объекты которой характеризуются огромными масштабами, измеряемыми десятками – миллиардами световых лет. Световой год равен расстоянию, которое свет проходит за 1 год и соответствует 9,46∙1012 км

2. Установление соответствие между элементами двух множеств. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго. Правильный ответ:

Особенности структурной области Вселенной	Структурная область Вселенной
Преимущественным взаимодействием в этой структурной области Вселенной является гравитационное взаимодействие, описываемое законами общей теории относительности.	Мегамир
Основными фундаментальными взаимодействиями в данной структурной области Вселенной являются гравитационное и электромагнитное взаимодействия.	Макромир
Ключевую роль в данной области Вселенной играют электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия.	Микромир

как представить себе масштабы Вселенной

Космический натюрморт: как представить себе масштабы Вселенной

Автор:  Евгения Сафонова | 03. 10.2014 04:30:39 |

Версия для печати

Земля — крошечная песчинка в огромном космическом океане. Очень сложно представить себе, насколько она мала даже по сравнению с Солнцем, а уж тем более в масштабах галактик или скоплений галактик. Но давайте все-таки попробуем это сделать. Сегодня нас ждет космический натюрморт из очень вкусных планет.

Солнечная система. Изображение отсюда

Для начала давайте разберемся, насколько далеко от нас находится спутник Земли, Луна. Это самое близкое к нам космическое тело, а между тем, если бы мы смогли уменьшить Землю до размера средней сливы, Луна оказалась бы ягодкой смородины, летающей вокруг сливы на расстоянии примерно полтора метра. Получается, наш спутник не так уж и близок. Примерно так это выглядит со стороны:

Земля и Луна, их размеры и расстояние между ними показано в масштабе. Свет от Земли до Луны летит чуть больше секунды. Изображение отсюда

Давайте теперь посмотрим на Солнечную систему. Если Землю мы опять представим в виде сливы, то какими окажутся остальные планеты? Меркурий примерно в 1.5 раза больше Луны, то есть в нашем натюрморте его роль может сыграть небольшая вишенка. Это самая маленькая планета в Солнечной системе. Венера почти не отличается по размеру от Земли (берем еще одну сливу), а Марс примерно в два раза меньше нашей планеты (пусть для наглядности он будет большой спелой ягодой черешни). Уран с Нептуном окажутся небольшими круглыми дынями диаметром примерно по 20 сантиметров каждая. А вот самую большую планету Солнечной системы, Юпитер, в нашем космическом натюрморте придется изображать двум арбузам, ведь его диаметр окажется около полуметра! Сатурн же лишь немногим меньше Юпитера.

Чтобы представить себе размеры Солнца, нам сложно будет придумать какой-то фрукт. Оно больше Земли примерно в 109 раз, это значит, что по сравнению с Землей-сливой оно окажется огромным шаром диаметром 5 или 6 метров — это примерно равно высоте двух этажей в обычном доме!

Итак, если вы приготовили все нужные фрукты, давайте попробуем их правильно разложить, чтобы представить себе масштаб Солнечной системы. Меркурий (вишенку) мы отнесем на расстояние примерно 250 метров от нашего огромного шара-Солнца, это довольно много. А ведь Меркурий — самая близкая к Солнцу планета, все остальные будут еще дальше.

Земля окажется на расстоянии в 600 метров от шара-Солнца. Нептун, самая дальняя планета Солнечной системы, в 30 раз дальше от нашей звезды, чем Земля, значит, его придется отнести на целых 18 километров. То есть если Солнце поместить в центре Москвы, то нашу дыню-Нептун надо будет положить примерно в районе Московской кольцевой автодороги. Все остальные планеты окажутся внутри орбиты Нептуна.

Масштабы Вселенной. Изображение отсюда

Теперь изменим масштаб, пускай Солнце будет размером со сливу. Тогда ближайшую к нему звезду, Проксиму Центавра, нам придется отнести на целых 800 километров — это больше, чем расстояние от Москвы до Петербурга! Стоит отметить, что Солнце — далеко не самая крупная звезда. Некоторые звезды больше него в тысячу раз. В масштабах Солнца-сливы это будет соответствовать гигантскому шару размером около 50 метров. И в таком же масштабе наша Галактика была бы размером 20 миллионов километров, то есть поместилась бы внутри четверти настоящей орбиты Меркурия. А если сливой окажется наш Млечный Путь, то ближайшую к нам галактику, Туманность Андромеды, мы расположим на расстоянии чуть больше одного метра.

Для того, чтобы еще лучше представить себе масштабы Вселенной, посмотрите вот это приложение. Здесь есть все, от масштабов атомов и кварков до масштабов всей Вселенной.

9 потрясающих сравнений показывают, насколько на самом деле огромна Вселенная

Масштаб Вселенной почти за пределами нашего воображения.

Вселенная продолжает расширяться (со скоростью 42,5 миль в секунду на мегапарсек), и мы постоянно формируем новые гипотезы о том, как она была создана и что будет дальше. Наш самый дальний от Земли космический зонд «Вояджер-1» проходит миллион миль в день и почти через 40 лет едва покинул нашу Солнечную систему. Только в конце прошлого месяца ученые заглянули на расстояние 50 миллионов световых лет и обнаружили чрезвычайно редкое шаровое скопление с массой, намного превышающей массу Солнца, которое могло рождать звезды и помогать объяснять, как формируются галактики. Так много секретов ждут, чтобы их открыли на просторах космоса.

Вот несколько шокирующих сравнений размеров и масштабов Вселенной, которые помогают представить ее в перспективе.

1. Около 500 000 человек рождаются или умирают за один день. В то же время 275 миллионов звезд в наблюдаемой Вселенной начинаются или заканчиваются.

Столпы звездообразования в туманности Орла, полученные с помощью космического телескопа Хаббл WFPC2. НАСА, Джефф Хестер и Пол Скоуэн

2.Если вы летите вокруг света на коммерческом авиалайнере со скоростью 550 миль в час и вам не нужно останавливаться для заправки топливом, это займет менее двух дней. Если бы вы могли полететь к Солнцу на том же самолете, это заняло бы больше 19 лет.

Планета Венера проходит перед Солнцем, что является очень редко наблюдаемым событием, 5 июня 2012 года недалеко от Оринджа, Калифорния. Транзит Венеры включает пересечение планеты Венерой перед Солнцем. Дэвид МакНью / Getty Images

3.

Земле требуется один год, чтобы вращать Солнце.Солнцу требуется 225 миллионов лет, чтобы вращать галактику Млечный Путь. Изображение галактики Млечный Путь, использованное в качестве фона для схемы космического пространства миссии Кеплера. Джон Ломберг / НАСА

4. Когда люди отправляются в путешествие за город и смотрят в яркое ночное небо, они видят самое большее 2500 звезд. Их в 80 миллионов раз больше, чем в Млечном Пути, за пределами человеческого глаза.

Фотография Млечного Пути, сделанная в обсерватории Ла Силья. ESO / H. Dahle

5. Их около 7.2 миллиарда человек на Земле. Это означает, что звезд в нашей галактике почти в 28 раз больше, чем людей.

звезд в ночном небе Южного полушария в созвездии Центавра. Getty Images

6. На планете Земля более 1 миллиарда автомобилей. На каждую машину в наблюдаемой Вселенной приходится, вероятно, 200 галактик.

Каждое световое пятнышко — это галактика, собранная из фотографий, сделанных космическим телескопом Хаббл за 10 лет. NASA

7. Солнце более чем в 330 000 раз превышает массу Земли.Сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики, Стрелец А, примерно в 4 миллиона раз больше массы Солнца.

Центр галактики Млечный Путь со сверхмассивной черной дырой Стрелец A * (Sgr A *), расположенной в центре, виден на этих изображениях. NASA

8. Эверест огромен. На Марсе есть гора в три раза выше.

Изображение Олимпа Монс, созданное компьютером. НАСА / Научная группа MOLA / О. де Гурсак, Адриан Ларк

9.Мы когда-либо видели только одну планету. Существует 40 миллиардов планет размером с Землю, на которых может существовать жизнь человека.

Художественная концепция каменистой экзопланеты размером с Землю в обитаемой зоне ее звезды, возможно, совместимая с известными данными Kepler-186f. NASA Ames / SETI Institute / JPL-Caltech

Сравнение размеров самых больших объектов в известной Вселенной

Вот насколько на самом деле велики наши города.

Лос-Анджелес кажется относительно большим городом. Фактически, это второй по величине город США.Площадь составляет 502 квадратных мили (1300 квадратных километров), и около 4 миллионов человек называют это место своим «домом». Однако Лос-Анджелес затмевают даже самые маленькие объекты в нашей солнечной системе. Недавно человечество впервые посадило зонд на комету. Комета известна как 67P / Чурюмова-Герасименко (сокращенно 67P). Путь к этому ледяному телу занял почти десять лет. Здесь Мэтт Ван сравнивает размер кометы с центром Лос-Анджелеса. Как видите, Лос-Анджелес по сравнению с ним довольно невелик.

Масштабное изображение кометы 67P по сравнению с Лос-Анджелесом Мэттом Вангом

Это дом.

Обычному человеку наша планета, вероятно, кажется довольно большим местом. На экваторе окружность Земли составляет 24 902 мили (40 075 км). И, наконец, в этой бледно-голубой точке находится вся известная жизнь во Вселенной. Это 8,7 миллиона видов (плюс-минус несколько миллионов) и около 7 миллиардов человек.

НАСА Изображение Земли с Wikimedia Commons

Вот насколько велика наша планета на самом деле.

Это Большое красное пятно Юпитера. Это массивная штормовая система, существующая сотни лет.В конечном итоге его длина составляет 12 400 миль, а ширина — 7 500 миль (20 000 на 12 000 км). Поэтому сказать, что вас унесет эта буря, — это преуменьшение грандиозных масштабов. Вся наша планета будет взорвана ветром. Даже в самом маленьком масштабе этот шторм мог легко поглотить две-три Земли. 1300 Земель могли поместиться внутри самой планеты.

Большое красное пятно Юпитера по сравнению с Землей. Кредит изображения: Майкл Кэрролл

Вот наша планета по сравнению с нашей звездой.

Солнечные вспышки — это изумительные (и совершенно ужасающие) солнечные явления.Эти явления, обычно называемые «солнечными бурями», могут высвобождать энергию, эквивалентную более чем миллиону 100-мегатонных водородных бомб. Если вы посмотрите на изображение выше, вы довольно хорошо поймете, что это значит. Здесь мы видим изображение Земли в сравнении с солнечной вспышкой, представленное НАСА. К счастью, когда материал выбрасывается из Солнца, он рассеивается по Солнечной системе звездными ветрами (так что мы не приближаемся к прямому взрыву).

Земля по сравнению с Солнцем. Изображение предоставлено: NASA

. Это сфера влияния нашего Солнца.

Наше Солнце невероятно могущественно. На самом деле, он настолько мощный, что способен воздействовать на объекты, находящиеся буквально на расстоянии световых лет. Чтобы немного разбить это, Земля находится примерно в 152 миллионах км от Солнца (около 96 миллионов миль). Облако Оорта — одна из самых далеких структур, над которыми доминирует наша звезда, и находится на ошеломляющем расстоянии 4,6 триллиона миль (7,4 триллиона км) от Солнца. Если этого недостаточно, считается, что он простирается намного дальше в космос и в конечном итоге находится на расстоянии световых лет от Солнца.Эта часть нашего квартала находится почти на четверти расстояния до Проксимы Центавра, ближайшей к Солнцу звезды (что дает вам некоторое представление о том, насколько далеко простирается влияние Солнца). Некоторые ученые даже считают, что вы могли бы пройти половину пути к Проксиме Центавра, прежде чем действительно покинете сферу влияния Солнца, а это означает, что вам придется по существу отправиться к следующей звезде, чтобы покинуть нашу солнечную систему.

Диаграмма, показывающая множество слоев нашей солнечной системы, включая загадочное Облако Оорта (через НАСА).

Это наше Солнце в сравнении с действительно массивными звездами.

VY Canis Majoris — одна из крупнейших звезд в нашей галактике. Да, «один из». В конце концов, Canis Majoris — не самая большая звезда, которую мы когда-либо открывали. Когда его впервые обнаружили около 200 лет назад, мы подумали, что на самом деле это две звезды, вращающиеся вместе в двойной системе. В конечном счете, эта звезда настолько велика, что, если бы ее поместили в центре нашей солнечной системы, она простиралась бы за пределы орбиты Юпитера.

Сравнение гипергиганта, нашего Солнца и орбиты Земли. (Кредит: WikiMedia)

И вот черная дыра по сравнению с нашей Солнечной системой.

OJ287 — одна из крупнейших черных дыр в известной вселенной. Если бы он был помещен в центр нашей солнечной системы, его горизонт событий поглотил бы почти все, что находится в сфере влияния нашего Солнца. Все планеты, пояс астероидов и (очевидно) мы. Этот зверь имеет массу около 18 миллиардов солнечных масс и дрейфует в космосе.

Oj 287, одна из крупнейших черных дыр в известной вселенной. Изображение Хайме Троспер / FQTQ

Вот еще один способ увидеть, насколько велики черные дыры.

Самая большая известная галактика по сравнению с Млечным путем

На этом изображении показана IC 1101: самая большая галактика, которая когда-либо была обнаружена в наблюдаемой Вселенной. Он находится на расстоянии почти миллиарда световых лет. Насколько он велик? В своей самой большой точке эта галактика простирается примерно на 2 миллиона световых лет от своего ядра, а ее масса составляет около 100 триллионов звезд. Чтобы дать вам некоторое представление о том, что это означает, Млечный Путь имеет диаметр всего 100 000 световых лет, а IC 1101 в 2000 раз массивнее.Если бы нашу галактику заменил этот супергигант, он поглотил бы оба Магеллановых облака, галактику Андромеды, галактику Треугольника и почти все пространство между ними. Это просто ошеломляет.

IC 1101 приближение Хайме Троспера / От кварков к квазарам

Это наблюдаемая Вселенная.

Это, ну… все . Все, что мы можем видеть и наблюдать в любом случае. Вы смотрите на карту известных галактик и сверхскоплений в «наблюдаемой» Вселенной с зазорами между структурами, образующими ячеистую структуру карты.Эти промежутки или пустоты представляют собой области пространства, в которых полностью отсутствуют звезды, галактики и скопления. Самый большой из этих промежутков (суперпустота Эридана) составляет в совокупности почти миллиард световых лет.

Через WikiMedia

Это общий размер Вселенной (?)

Как вы можете себе представить, возникает некоторая путаница, если учесть тот факт, что диаметр Вселенной не равен 13,8 миллиардам световых лет — число, которое соответствует возрасту Вселенная (которой 13,8 миллиарда лет). По текущим оценкам, он намного больше, его ошеломляющие размеры — 93 миллиарда световых лет в поперечнике.И это как раз то, что мы видим. То, что мы не видим, может продолжаться вечно.

Изображение предоставлено: Масштаб Вселенной

Земля по сравнению со Вселенной

В человеческом масштабе Земля представляет собой довольно большой объект, и он был домом человечества с самого зарождения этого вида. Но как выглядит Земля на небесной шкале?

Щелкните для увеличения

Третья планета от Солнца — самая плотная в Солнечной системе.

Это пятая по величине планета Солнечной системы с радиусом 6 378 км на экваторе.

Свет может облететь нашу планету примерно семь с половиной раз за одну секунду.

Луна знаменует конец гравитационного господства Земли. Этот спутник находится на орбите на расстоянии 385 000 км, что примерно в 60 раз больше радиуса Земли.

Свету требуется около 1,3 секунды, чтобы добраться от Земли до Луны.

В настоящее время на нашей планете проживает около 7 миллиардов человек. Однако, по некоторым оценкам, за всю историю Земли было 106 миллиардов человек.

Цельный железный шар шириной 1500 миль находится в центре планеты.

---

Щелкните, чтобы увеличить

Внезапно Земля стала казаться маленькой. Общая масса Солнечной системы составляет около 333 345,997 массы Земли.

Это означает, что Земля составляет около 0,0003% от общей массы нашей Солнечной системы.

Для сравнения, Земля составляет около 0,2% от общей массы планет.

Мы вращаемся вокруг Солнца на среднем расстоянии 93 миллиона миль, что равно 1 астрономической единице.

Свету требуется немногим более 8 световых минут, чтобы добраться от Солнца до Земли (это означает, что если бы Солнце исчезло прямо сейчас, вы бы не узнали его еще 8 минут).

Нептун, самая удаленная от Солнца планета, вращается по орбите на среднем расстоянии 30 а.е.

«Вояджер» находится примерно в 119 а.е. от Земли.

Карликовая планета Седна, самый дальний из таких (известных) объектов от Солнца, вращается со средней скоростью 526 а. е.

Солнечная система имеет радиус около двух световых лет.

---

Наша ближайшая звезда — Проксима Центавра на расстоянии четырех световых лет. Около 53 звездных систем населяют Местное Межзвездное Облако. Не считая нашей солнечной системы, в нашем районе есть шесть известных планет и еще две предполагаемые планеты. Наше локальное облако составляет около 30 световых лет в поперечнике.

---

Дом в нашей солнечной системе, мы вращаемся вокруг галактического центра на среднем расстоянии 28 000 световых лет.

Один период обращения (один галактический год) равен примерно 250 миллионам лет.

С момента зарождения жизни на Земле мы совершили около 15 витков.

Сам Млечный Путь составляет около 100 000 световых лет в поперечнике и является домом для около 400 миллиардов звезд.

Выпуклость в центре имеет диаметр примерно 12 000 световых лет.

Основываясь на данных, полученных с космического телескопа Кеплера, в обитаемых зонах солнечных звезд и красных карликов в Галактике Млечный Путь может быть до 40 миллиардов планет размером с Землю. могли иметь жизнь такой, какой мы ее знаем).

Млечный Путь имеет ореол темной материи, составляющий более 90% его массы. Да, 90%.

Считается, что в Млечном Пути около 300 миллиардов звезд. В самой большой известной галактике IC 1101 более 100 триллионов звезд.

---

Местная группа — это наше локальное скопление галактик, состоящее как минимум из 47 галактик, включая нашу собственную. Галактика Андромеды — крупнейший член Местной группы, за которой следует Млечный Путь. Местная группа имеет диаметр около 10 миллионов световых лет.

Две ближайшие к Млечному Пути галактики называются Магеллановыми Облаками, которые можно рассматривать как галактики-спутники Млечного Пути на расстоянии немногим менее 200 000 световых лет.

Две галактики в группе были обнаружены только недавно по их инфракрасному излучению

В локальной группе могут быть и другие галактики, которые еще не обнаружены (представьте себе, что целые галактики в нашем собственном районе, которые для нас невидимы).

Более крупные скопления галактик могут содержать сотни галактик.

Галактики в скоплении (как и наша собственная) связаны друг с другом гравитационным притяжением. Каждый из них вращается вокруг своего общего центра масс.

Поскольку плотность галактик внутри скоплений высока, происходят столкновения галактик. Фактически, Млечный Путь столкнется с галактикой Андромеды.

---

Сверхскопление Девы имеет диаметр 110 миллионов световых лет и содержит около 100 скоплений галактик (скоплений, подобных нашей Местной группе).

Скопление Virgo Super содержит около 2000 отдельных галактик.

Комплекс сверхскопления Рыбы-Цет — следующая строка в нашем адресе.

Комплекс состоит из около 60 сверхскоплений галактик.

В комплексе Сверхскоплений десятки тысяч галактик.

В наших наборах данных есть точные показания только для 35 000 галактик.

Этот комплекс сверхскопления имеет размер около 1,37 миллиарда световых лет в поперечнике и занимает десятую часть наблюдаемой Вселенной.

Это одно из крупнейших сооружений во Вселенной.

---

Размер наблюдаемой Вселенной составляет около 28 миллиардов световых лет (93 миллиарда световых лет в диаметре, поскольку она все еще расширяется).

Здесь находится около 10 миллиардов сверхскоплений (таких как Сверхскопление Девы).В 22 раза больше Земли)

«Так оно и есть».

Масштаб Вселенной 2 Кэри и Майкл Хуанг, ученики средней школы Калифорнии

Подождите, пока эта страница загрузится. — это займет несколько минут. Но в конце концов, он включает в себя всю вселенную.

Вы можете увидеть пустое место внизу, а затем серую рамку. Придерживаться. Когда он закончит загрузку, приготовьтесь быть очарованным.

Нажмите «Пуск», а затем используйте ползунок внизу или колесико мыши для увеличения — и увеличения, и увеличения, и увеличения…. или из стороны в сторону … Он перенесет вас от мельчайших деталей, постулированных учеными (струны в теории струн), до самых больших (наблюдаемая Вселенная).

Если вы хотите фоновую музыку (или не хотите отвлекаться), щелкните музыкальную ноту в правом верхнем углу. Приносим извинения, если вы используете мобильное устройство; инструмент использует Flash-анимацию, которая работает не со всеми операционными системами.

Но на это ушло много работы. Оказывается, «Масштаб Вселенной 2» создал Кэри Хуанг, 14-летний девятиклассник из Мораги, штат Калифорния., с технической помощью его брата-близнеца Майкла.

Майкл и Кэри Хуанг (Кэри справа в синей футболке). Семейная фотография Хуан.

«Мой учитель естественных наук в седьмом классе показал нам видео со сравнением размеров клеток, и я подумал, что это увлекательно. Я решил сделать свою собственную интерактивную версию, которая включала бы гораздо больший диапазон размеров», — сказал Кэри в электронном письме, отправленном его матерью. «Это был не школьный проект — просто для развлечения. Однако моей учительнице естественных наук он так понравился, что она показала [это] классу! Мой брат Майкл помог мне разместить его в Интернете. »

Кэри сказал, что он работал над этим проектом время от времени в течение полутора лет, получая информацию из Википедии и книг по астрономии. Сейчас он вирусно распространяется в Интернете.

Щелкните объекты в анимации для получения дополнительной информации. Кэри сказал, что предлагает людям исправить любые найденные ошибки. Он сказал, что это его вторая версия; в первом было меньше информации, и нужно было поработать с графикой.

«Мы не уверены, чем мы хотим заниматься после окончания школы, хотя мы оба заинтересованы в компьютерном программировании и анимации», — сказал Кэри.«А астрономия — это тоже круто!»

На вопрос, считает ли он, что из этого проекта можно извлечь урок, Кэри написал: «Я хотел бы сказать, что человечество — очень маленькая часть вселенной, в которой мы живем. Там может быть гораздо больше, но мы просто еще не знаю «.

— Нед Поттер

Каковы размеры Земли по сравнению со всей Вселенной в нынешнюю эпоху? (Средний)

Мне всегда трудно согласовать мнение, часто высказываемое в книгах и по телевидению, о том, что Земля — ​​это всего лишь «крошечное пятнышко в Космосе», с другим частым замечанием астрономов о том, что когда они смотрят на далекие объекты в Космосе они смотрят в прошлое. Мне всегда кажется ненаучным связывать Настоящее с Прошлым, говоря о нашем месте в Космосе. С огромным течением Времени, возможно, мы более одиноки, чем это обычно выражается!

Поэтому мой вопрос: «Какое отношение имеет Земля к тому, что, как мы можем быть уверены, существует В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ?» Любые мысли будут оценены. Спасибо.

В принципе, вы можете возразить, что мы ничего не знаем о том, что происходит с астрономическими объектами в данный конкретный момент .Насколько нам известно, Солнце было неожиданно разрушено всего несколько секунд назад, и мы увидим это не раньше, чем через 8 минут (когда свет от взрыва наконец достигнет нас). Думаю, нам просто нужно подождать 8 минут, чтобы узнать. 🙂

На самом деле, у астрономов есть огромное количество свидетельств того, что астрономические объекты ведут себя согласно некоторым довольно хорошо понятым законам. В самых больших масштабах мы можем проделать достойную работу по предсказанию того, как Вселенная должна была выглядеть в произвольный момент времени в прошлом или как она будет выглядеть в произвольный момент времени в будущем.

Масса Земли составляет около 3-х миллионных масс Солнца. Как указано в этом ответе, количество звезд в наблюдаемой Вселенной составляет примерно 4 x 10 ²² . Конечно, большинство этих звезд находятся на расстоянии миллиардов световых лет, и у нас нет доказательств того, что они все еще существуют. Но нет известного механизма, с помощью которого материя этих звезд внезапно прекратит свое существование. Таким образом, можно утверждать, что общая масса только звезд во Вселенной примерно в 10 ²⁸ раз больше массы Земли.Вот что относится к комментарию «крошечное пятнышко в Космосе».

Я также должен добавить, что из-за теории относительности вы должны быть осторожны с тем, что вы имеете в виду, когда говорите о «заданном моменте времени», поскольку это относится к объектам, разделенным миллиардами световых лет, но это другое история.

В этом видео сравниваются самые крошечные и самые большие объекты во Вселенной

В сравнении размеров объектов, например, лун или научно-фантастических звездолетов, есть что-то бесконечно привлекательное. Но хотя сравнения мы видели, охватывая подмножества материалов, никто не рассматривал общую картину и ее крошечные детали. Однако теперь новое видео от ютубера Гарри Эветта делает именно это. И это сравнение размеров вещей в субатомном масштабе вплоть до самой Вселенной просто ошеломляет.

Эветт, британский художник и аниматор, специализирующийся на космосе и науке, не объясняет, почему он создал убер-сравнение. Но сравнения — это дело Эветта, и он провел их множество, а это значит, что в тот или иной момент он собирался заняться самой Вселенной.

Видео начинается с сравнения размеров с планковской длины, возможно, самой короткой из возможных единиц длины. И хотя на видео это кажется «крошечным», трудно представить, насколько мала планковская длина. Для справки: если вы возьмете частицу длиной 0,004 дюйма (объект наименьшего диаметра, который может зарегистрировать невооруженный глаз) и увеличите ее до размеров всей вселенной, длина планки будет равна длине 0,004 дюйма. объект длиной дюйм в этой вселенной .

Гарри Эветт

После определения длины Планка видео рассматривает размеры всего, от динозавров до звезд. В целом, набор объектов произвольный, с опорными точками — гигантские джеты, лунные кратеры и черные дыры. Тем не менее, Эветт дает описания объектов, что помогает связать их друг с другом.

К сожалению, действительно трудно сравнивать эти разрозненные объекты, сохраняя общее ощущение масштаба.Однако легко развить чувство относительного размера похожих объектов, и это понятно. И это, очевидно, причина того, что во многих других видео сравнения сравнивают только подобное с подобным. Независимо от этой трудности, всегда хорошо иметь напоминание о том, насколько крошечными мы, люди, являемся в великой схеме — всех этих разных размеров — вещей.

Изображение: Гарри Эветт

BBC — Земля — ​​Потребовались столетия, но теперь мы знаем размер Вселенной

«Пойдем поболтать по Вселенной. «Это приглашение, которое американский астроном Харлоу Шепли дал аудитории в Вашингтоне в 1920 году. Он принимал участие в так называемых Больших дебатах с коллегой-ученым Хибером Кертисом о масштабах Вселенной.

Шепли считал, что наша Молочная Путь галактики был 300 000 световых лет в поперечнике. Это на самом деле в три раза больше, согласно последним представлениям, но его измерения были довольно хорошими для того времени. В частности, он рассчитал в целом правильные пропорциональные расстояния в пределах Млечного Пути — положение нашего Солнца. относительно центра галактики, например.

Однако в начале 20 века 300 000 световых лет казались многим современникам Шепли почти абсурдно большой величиной. И идея о том, что другие спиральные галактики, похожие на Млечный Путь, которые можно увидеть в телескопы, были столь же большими, была диковинной.

Действительно, сам Шепли считал, что Млечный Путь должен быть исключительным. «Даже если спирали звездные, они несопоставимы по размеру с нашей звездной системой», — сказал он своим слушателям.

Кертис не согласился.Он правильно считал, что во Вселенной было много других галактик размером с наша. Но что интересно, его отправной точкой было убеждение, что Млечный Путь намного меньше, чем рассчитывал Шепли. Согласно расчетам, которые использовал Кертис, Млечный Путь был всего в 30 000 световых лет в диаметре, что примерно в три раза меньше, чем по современным измерениям.

В три раза больше; в три раза меньше — когда мы говорим о таких огромных расстояниях, понятно, что астрономы, ведущие дискуссии почти столетие назад, могли немного ошибиться в своих числах.

Сегодня мы достаточно уверены, что Млечный Путь, вероятно, составляет от 100 000 до 150 000 световых лет в поперечнике. Наблюдаемая Вселенная, конечно, намного больше. Согласно современным представлениям, его диаметр составляет около 93 миллиардов световых лет. Как мы можем быть так уверены? И как мы вообще смогли сделать такие измерения прямо здесь, на Земле?

С тех пор, как Коперник утверждал, что Земля не является центром Солнечной системы, кажется, что нам всегда было трудно переписать наши предубеждения о том, что такое Вселенная — и особенно о том, насколько она может быть большой. Даже сегодня, как мы увидим, мы собираем новые свидетельства того, что вся Вселенная может быть намного больше, чем некоторые недавно думали.

Кейтлин Кейси, астроном из Техасского университета в Остине, изучает Вселенную в том виде, в каком мы ее знаем. Как она отмечает, астрономы разработали гениальный набор инструментов и измерительных систем для расчета не только расстояния от Земли до других тел в нашей Солнечной системе, но и расстояний между галактиками и пути к краю наблюдаемой Вселенной.

Согласно расчетам, которые использовал Кертис, Млечный Путь имел диаметр всего 30 000 световых лет.

Шаги для измерения всех этих вещей известны как «лестница космических расстояний». Нам достаточно легко попасть на первую ступеньку лестницы, и в наши дни здесь используются современные технологии.

«Мы можем просто отразить радиоволны от соседних планет Солнечной системы, таких как Венера и Марс, и измерить время, необходимое этим волнам, чтобы вернуться на Землю», — говорит Кейси. «Это дает нам очень точное измерение».

Большие радиотелескопы, такие как Аресибо в Пуэрто-Рико, могут выполнять такую ​​работу — но они также могут делать даже больше. Аресибо, например, может обнаруживать астероиды, летающие вокруг Солнечной системы, и даже создавать их изображения на основе того, как радиоволны отражаются от поверхности астероида.

Но использовать радиоволны для измерения расстояний за пределами нашей Солнечной системы непрактично. Следующая ступенька на лестнице космических расстояний — это измерение параллакса.

Это то, что мы делаем все время, даже не осознавая этого. Люди, как и многие животные, интуитивно распознают расстояние между собой и объектами благодаря тому, что у нас два глаза.

Если вы держите объект перед собой — скажем, руку — и смотрите на него одним открытым глазом, а затем переключитесь на использование только другого глаза, вы увидите, что ваша рука слегка смещается в сторону. Это называется параллаксом. Разницу между этими двумя наблюдениями можно использовать для определения расстояния до рассматриваемого объекта.

На таком расстоянии мы все еще далеки от края нашей собственной галактики

Наш мозг делает это естественным образом, используя информацию обоих наших глаз, и астрономы делают то же самое с близлежащими звездами, за исключением того, что они используют разные датчики : телескопы.

Представьте, что у вас есть два глаза, парящие в космосе по обе стороны от нашего Солнца. Благодаря орбите Земли это именно то, что у нас есть, и с помощью этого метода мы можем наблюдать смещение звезд относительно объектов на заднем плане.

«Мы измеряем положение звезд на небе, скажем, в январе, ждем шесть месяцев и измеряем те же самые звезды в июле, когда мы находимся на противоположной стороне Солнца», — говорит Кейси.

Однако есть точка, в которой объекты находятся так далеко — около 100 световых лет — что наблюдаемое смещение слишком мало, чтобы обеспечить полезный расчет. На таком расстоянии мы все еще далеки от края нашей собственной галактики.

Звезды главной последовательности, когда они используются для этого анализа, считаются одним типом «стандартной свечи»

Следующим шагом является метод, называемый «подгонкой главной последовательности».Он основан на наших знаниях о том, как звезды определенного размера, известные как звезды главной последовательности, эволюционируют с течением времени.

Во-первых, они меняют цвет, постепенно становясь краснее с возрастом. Точно измеряя их цвет и яркость, а затем сравнивая это с тем, что известно о расстоянии до ближайших звезд главной последовательности, измеряемых по параллаксу, мы можем оценить положение этих более далеких звезд.

В основе этих расчетов лежит принцип, согласно которому звезды одинаковой массы и возраста казались бы одинаково яркими, если бы они находились на одинаковом расстоянии от нас.Поскольку часто это не так, мы можем использовать разницу в этих измерениях, чтобы определить, насколько далеко они на самом деле находятся.

Звезды главной последовательности, когда они используются для этого анализа, считаются одним типом «стандартной свечи», то есть телом, величину (или яркость) которого мы можем вычислить математически. Эти свечи разбросаны по космосу, предсказуемо освещая Вселенную. Но звезды главной последовательности — не единственные примеры.

Понимание того, как яркость соотносится с расстоянием, очень важно для определения расстояния до более далеких объектов — например, звезд в других галактиках.Однако аппроксимация главной последовательности там не сработает, потому что свет от этих звезд — которые находятся на расстоянии миллионов световых лет, если не больше — трудно проанализировать с точностью.

Наблюдая, насколько ярким он кажется нам на самом деле, они могут рассчитать расстояние до него

Но еще в 1908 году ученая Генриетта Суон Ливитт из Гарварда сделала фантастическое открытие, которое помогло нам измерить такие колоссальные расстояния. Свон Ливитт понял, что существует особый класс звезд, называемый переменными цефеид.

«Она сделала это наблюдение, что звезды определенного типа меняют свою яркость с течением времени, и изменение яркости, пульсации этих звезд напрямую связаны с их внутренней яркостью», — говорит Кейси.

Другими словами, более яркая цефеида будет «пульсировать» медленнее (фактически, в течение многих дней), чем более тусклая цефеида. Поскольку астрономы могут относительно легко измерить пульс цефеиды, они могут предсказать, насколько яркой будет звезда. Затем, наблюдая, насколько ярким он кажется нам на самом деле, они могут рассчитать расстояние до него.

В принципе, это похоже на подход подгонки по главной последовательности, в котором яркость снова является ключевым фактором. Но главное — расстояние можно измерить по-разному. И чем больше у нас способов измерения расстояний, тем лучше мы сможем понять истинный масштаб нашего космического двора.

Именно обнаружение таких звезд в нашей галактике убедило Харлоу Шепли в ее огромных размерах.

В начале 1920-х годов Эдвин Хаббл обнаружил переменные цефеиды в соседней галактике Андромеды и обнаружил, что она находится на расстоянии менее миллиона световых лет от нас.

Есть еще одна особенность Вселенной, которая может помочь нам измерить действительно экстремальные расстояния.

Сегодня наша лучшая оценка состоит в том, что галактика на самом деле находится на расстоянии 2,54 миллиона световых лет от нас. Но это не стыдно за измерения Хаббла. Фактически, мы все еще пытаемся оценить расстояние до Андромеды. Число 2,54 миллиона световых лет на самом деле является средним результатом нескольких недавних расчетов.

Это точка, в которой масштабы Вселенной даже сейчас продолжают поражать наши умы.Мы можем делать очень хорошие оценки, но на самом деле чрезвычайно трудно измерить расстояния между галактиками с высокой точностью. Вселенная действительно такая большая. И это еще не все.

Хаббл также измерил яркость взрывающихся белых карликов — сверхновых типа 1A. Их можно увидеть в довольно далеких галактиках, находящихся на расстоянии миллиардов световых лет.

Поскольку яркость этих взрывов поддается расчету, мы можем определить, как далеко они находятся, точно так же, как мы можем с переменными цефеид.Таким образом, сверхновые типа 1A и переменные цефеиды являются дополнительными примерами того, что астрономы называют стандартными свечами.

Но есть еще одна особенность Вселенной, которая может помочь нам измерить действительно экстремальные расстояния. Это называется красным смещением.

Если машина скорой помощи или полицейская машина, включающая сирену, когда-либо проезжала мимо вас на улице, вы наверняка знакомы с эффектом Доплера. Когда скорая помощь приближается к вам, сирена кажется высокой, а затем, когда она проходит мимо вас и удаляется, она снова падает.

По мере расширения Вселенной каждая галактика удаляется от других

То же самое происходит со световыми волнами, но в гораздо более мелком масштабе. Мы можем обнаружить это изменение, анализируя спектр света от далеких тел. В этом спектре будут темные линии, потому что некоторые определенные цвета поглощаются элементами внутри и вокруг источника света — например, поверхностью звезд.

Чем дальше от нас находятся объекты, тем ближе к красному концу спектра будут смещаться эти линии.Это не только потому, что объекты находятся далеко, но и потому, что они фактически удаляются от нас со временем благодаря расширению Вселенной. И увидеть красное смещение в свете далеких галактик — один из способов доказать, что Вселенная действительно расширяется.

Это похоже на нанесение точек на поверхность воздушного шара, каждая из которых представляет собой галактику, а затем надувание воздушного шара, — говорит Картик Шет, ученый-программист НАСА. По мере того, как воздушный шар расширяется, расстояние между точками на его поверхности увеличивается.«По мере расширения Вселенной каждая галактика удаляется от других».

«В принципе, волна обычно будет той частоты, на которой она излучается, но теперь вы растягиваете само пространство-время, поэтому волна выглядит длиннее».

Свет дошел до нас из галактик возрастом 13,8 миллиарда лет

Чем быстрее эта галактика удаляется от нас, тем дальше она должна быть — и тем более красным будет ее свет, когда мы проанализируем его здесь, на Земле. .Опять же, именно Эдвин Хаббл обнаружил, что существует пропорциональная зависимость между его цефеидами в далеких галактиках и степенью красного смещения света от этих галактик.

Теперь идет большой ключ к нашей загадке. Свет с самым красным смещением, который мы можем обнаружить в наблюдаемой Вселенной, предполагает, что свет дошел до нас из галактик, возраст которых составляет 13,8 миллиарда лет.

Поскольку это самый старый из обнаруженных нами источников света, это также дает нам возможность измерить возраст самой Вселенной.

Но за последние 13,8 миллиарда лет Вселенная постоянно расширялась — и поначалу это происходило очень быстро. Принимая это во внимание, астрономы пришли к выводу, что галактики, расположенные прямо на краю наблюдаемой Вселенной, свету которой потребовалось 13,8 миллиарда лет, чтобы достичь нас, теперь должны находиться на расстоянии 46,5 миллиардов световых лет.

Одна из возможностей состоит в том, что где-то некоторые из наших вычислений не совсем верны

Это наше лучшее измерение радиуса наблюдаемой Вселенной.Удвоение, конечно, дает диаметр: 93 миллиарда световых лет.

Эта цифра основана на многих других измерениях и научных данных и является кульминацией многовековой работы. Но, как отмечает Кейси, это все еще немного грубо.

Во-первых, учитывая сложность некоторых из старейших галактик, которые мы можем обнаружить, неясно, как они смогли сформироваться так быстро после Большого взрыва. Одна из возможностей состоит в том, что где-то некоторые из наших расчетов не совсем верны.

«Если одна из ступеней лестницы космических расстояний отключена на 10%, то все отключается на 10%, потому что они полагаются друг на друга», — говорит Кейси.

Вся Вселенная примерно в 250 раз больше наблюдаемой Вселенной

И действительно все становится сложным, когда мы пытаемся думать о Вселенной за пределами наблюдаемого. Как бы «вся» Вселенная. В зависимости от того, какую теорию формы Вселенной вы предпочитаете, вся Вселенная может быть конечной или бесконечной.

Недавно Мигран Варданян и его коллеги из Оксфордского университета в Великобритании проанализировали известные данные об объектах в наблюдаемой Вселенной, чтобы увидеть, могут ли они что-нибудь выяснить о форме всей Вселенной.

Результатом после использования компьютерных алгоритмов для поиска значимых закономерностей в данных стала новая оценка. Вся Вселенная как минимум в 250 раз больше наблюдаемой Вселенной.

Мы никогда не увидим эти более далекие регионы. Тем не менее, сама по себе наблюдаемая Вселенная должна быть достаточно большой для большинства людей. Действительно, для таких ученых, как Кейси и Шет, он остается постоянным источником восхищения.

Мы даже не находимся в центре нашей Солнечной системы или в центре нашей галактики

«Все, что мы узнали о Вселенной — насколько она велика, все удивительные объекты, которые в ней — мы делаем это, просто собирая эти фотоны света, которые прошли миллионы и миллионы световых лет только для того, чтобы прийти и умереть на наших детекторах, наших камерах или радиотелескопах », — говорит Шет.

«Это довольно унизительно, — говорит Кейси. «Астрономия научила нас, что мы не центр Вселенной, мы даже не находимся в центре нашей Солнечной системы или в центре нашей галактики».

Однажды мы могли бы физически путешествовать во Вселенную вокруг нас гораздо дальше, чем мы до сих пор мечтали. А пока нам остается только смотреть. Но просто глядя, мы можем заблудиться довольно далеко.

Присоединяйтесь к более чем пяти миллионам поклонников BBC Earth, поставив нам лайк на Facebook или подписавшись на нас в Twitter и Instagram.

Если вам понравился этот рассказ, подпишитесь на еженедельную рассылку новостей bbc.com под названием «Если вы прочитаете только 6 статей на этой неделе». Тщательно подобранная подборка историй из BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel и Autos, которые доставляются вам на почту каждую пятницу.

.