Человек: физиология, здоровье, эмоции, творчество и работоспособность

Данные сравнительной эмбриологии и анатомии ясно показывают в развитии и строении тела человека черты сходства с животными и позволяют отнести вид “Человек разумный” (Homosapiens) к типу хордовых, подтипу позвоночных, классу млекопитающих, подклассу плацентарных, отряду приматов.

У человека на ранних этапах эмбрионального развития внутренний скелет представлен хордой, полость глотки содержит жаберные щели, нервная трубка закладывается на спинной стороне.

Как у млекопитающих, позвоночник человека разделен на пять отделов: кожа покрыта волосами и содержит потовые и сальные железы: характерно наличие диафрагмы, четырехкамерного сердца, теплокровности.

Такие признаки, как передние конечности хватательного типа (первый палец противопоставлен остальным), наличие ногтей, одна пара сосков молочных желез, расположение глаз в одной плоскости (обеспечивают объемное зрение), замена молочных зубов и др. позволяют отнести человека к приматам.

С человекообразными обезьянами у человека много общих признаков:. сходная структура черепа, значительное количество извилин коры больших полушарий, наличие аппендикса, исчезновение хвостового отдела позвоночника, развитие мимической мускулатуры. Кроме морфологических признаков, о сходстве человека и человекообразных обезьян свидетельствует и ряд других данных: сходны резус-факторы и группы крови (АВО); человекообразные обезьяны восприимчивы ко многим болезням человека и др.

В последнее время разработаны методы определения эволюционного родства организмов путем сравнения их хромосом и белков. Белки синтезируются на основе заключенной в генах наследственной информации. Родство между видами тем больше, чем больше общего между белками, а, следовательно, и нуклеотидными последовательностями молекул ДНК представителей этих видов. Белки человека и шимпанзе сходны на 99%. О родстве человека с животными свидетельствует также наличие у человека различных атавизмов и рудиментов.

Атавизмы - появление у отдельных организмов данного вида признаков, которые существовали у отдаленных предков, но были утрачены в процессе эволюции.

Рудименты - недоразвитые органы, практически утратившие свои функции по сравнению с аналогичными органами предковых форм.

Возникновение людей современного физического типа, сменивших древних людей, осуществилось 50-40 тыс. лет назад. Первыми современными людьми стали кроманьонцы (костные останки впервые были найдены в гроте Кроманьон во Франции в 1868 году).

Мы не ставили цели подробно изложить эволюционный процесс возникновения человека, а лишь хотим познакомить читателя с основными положениями, свидетельствующими о родстве человека с животными, особенно с приматами.

Следует отметить, что примерно 50-40 тыс. лет назад эволюция постепенно вышла из-под контроля биологических факторов, и в развитии “Человека разумного” социальные факторы стали играть всевозрастающую роль.

Немецкий философ Гердер (1744-1803) назвал человека “первым вольноотпущенником природы”: человек, его органы чувств и телесная организация, в отличие от животных, не специализированы, более неопределенны, но именно эта неопределенность и является источником его специфического преимущества - он сам должен формировать себя, создавая культуру, проявляя универсальность.

Человек проявляет свою универсальность благодаря языку и развитой высшей нервной системе, способности к мышлению как форме существования сознания.

Человек является многоуровневой живой системой. В ней обобщенно следует отметить пять основных уровней: структурный, функциональный, психический, сознательный и поведенческо-деятельный.

В рамках структурной организации человека можно выделить следующие основные подсистемы: опорно-двигательную, сердечно-сосудистую, дыхательную, пищеварительную, мочевыделительную, половую, эндокринную, гуморальную и нервную. Ясно, что такое деление является сугубо условным, так как никакую субсистему нельзя рассматривать без учета связей и отношений между всем другими элементами и уровнями живой системы.

Организм наделен таким количеством структурных элементов. которое необходимо для поддержания целостности, устойчивости, надежности и способности к развитию. Разные составные части организма строго специализированы, выполняют лишь определенную функцию. Выполнение этих функций происходит через сложившиеся в процессе эволюции внутренние интегрированные связи - прямые и обратные, внутриуровневые и межуровневые.

Так, например, опорно-двигательная система осуществляет связь с пищеварительной и дыхательной посредством сердечно-сосудистой, гуморальной и выделительной систем. Выражением этой связи является прежде всего поступление продуктов питания из пищеварительной и кислорода из дыхательной систем в костно-мышечную через кровь по замкнутой сердечно-сосудистой системе и выделение недоокисленных продуктов обмена через выделительную систему.

Сердечно-сосудистая система имеет прямую и обратную связь с каждой клеткой человеческого организма в отдельности. Центральной нервной системе принадлежит ведущая роль в сложнейшей интеграции всех элементов организма.

Прежде всего, обращает на себя внимание тот факт, что головной мозг человека имеет “многоэтажное” строение. Это касается как всего человеческого мозга в целом, так и его высшего отдела - коры, в которой выделяют 4 основные зоны, последовательно надстроившиеся одна над другой в процессе эволюции:

1) древняя кора;

2) старая кора;

3) межуточная кора;

4) новая кора.

На долю новой коры приходится 95,6%, старой – 2,2%. межуточной - 1,6%. древней – 0,6% всей поверхности коры головного мозга. Высшие отделы коры являются материальным субстратом социальной программы жизнедеятельности человека. У представителей животного мира ничего похожего нет. Это чисто человеческая особенность, которая появилась и закрепилась в процессе общественно-исторического развития. Поэтому мы можем говорить о проявлениях социализации структурных элементов в человеке.

Чрезвычайно важным является появление у человека второй сигнальной системы. Объективной предпосылкой ее служит строение головного мозга - наличие речедвигательного, речеслухового и речезрительного аппаратов.

Каждый структурный элемент человека выполняет ту или иную функцию. Для этого выработался их строго определенный количественный набор. Приведем примеры. У каждого нормального человека имеется ни больше, ни меньше, а именно 7 шейных позвонков, 12 грудных, 5 поясничных и т.д. У всех людей имеется определенный набор мышц сгибателей и разгибателей: на плече, предплечье, кисти, бедре, голени, стопе. Каждая мышца имеет свое функциональное предназначение и выполняет свою конкретную задачу.

Все структурно-функциональные элементы человека находятся в интегративной связи между собой. Мы не можем назвать ни одной составной части живой системы, которая могла бы работать по собственной программе без прямой или косвенной связи с другими элементами всей макросистемы. Эта связь осуществляется также на клеточном и молекулярном уровнях. В одних случаях она очевидна, а в других может быть выявлена с помощью специальных методов исследования. Рассмотрим следующий пример. Ночное недержание мочи (энурез) - это болезнь, которая проявляется с рождения и может иногда проявляться всю жизнь. Очевидным является то, что в основе этой болезни лежат функциональные нарушения мочевыделительных органов, а скрытым - те глубокие связи, которые существуют между мочевыделительной и центральной нервной системами и даже опорно-двигательным аппаратом. Рентгенологическое исследование в таких случаях показывает, что при этой болезни часто наблюдается недоразвитие костных элементов позвоночника. Последнее сопряжено с нарушением нервной регуляции сфинктерного аппарата мочевыделительных путей, следствием чего является энурез.

Материальным носителем психической деятельности человека является центральная нервная система. Психическая деятельность человека отличается от деятельности соматических систем целым рядом особенностей и, прежде всего специфической формой отражения действительности, а также сложной интегрирующей функцией. Это особый, более высокий уровень функционирования живой системы. Природа в ходе эволюции создала такую систему, которая интегрирует и координирует деятельность различных органов и механизмов. В ЦНС (в спинном и головном мозгу) существует субординация различных отделов мозга и постоянные функциональные связи между ними. Каждый отдел несет на себе строго специфическую функциональную нагрузку. Высшая инстанция управления сосредоточена в коре больших полушарий головного мозга. Она осуществляет не только общее руководство, но и строго специфические функции. Каждый ее отдел несет на себе свойственную только ему функциональную нагрузку.

В целом можно выделить три основных блока головного мозга, обеспечивающих осуществление психической деятельности:

1) блок регуляции тонуса и бодрствования (ретикулярная формация);

2) блок получения, переработки и хранения информации (задние отделы коры мозга, включающие зрительные, слуховые и общечувствительные области);

3) блок программирования, регуляции и контроля психической деятельности (передние отделы полушарий, расположенные перед прецентральной извилиной).

И.П. Павлов все проявления высшей нервной деятельности человека объяснял работой нескольких систем головного мозга. Первая инстанция - подкорковые системы, работа которых вызывается безусловными агентами из внешнего мира или внутренней среды организма. Вторая - большие полушария головного мозга, исключая лобные доли и воспринимающие словесный раздражитель отделы. Она носительница непосредственных впечатлений - ощущений, восприятий и представлений. Это первая сигнальная система.

Третья - обобщает сигналы, поступающие из двух первых. Это - вторая сигнальная система. Здесь происходит восприятие словесных раздражителей и замена приходящих сюда непосредственных сигналов действительности речью.

Вторая сигнальная система свойственна только человеку. Слово не только обозначает сигналы действительности, но и дает возможность обобщать предметы и явления по существенным признакам, т.е. позволяет отражать мир в понятиях, суждениях, умозаключениях. В анатомии человеческого мозга новорожденного, еще не включенного в сферу общественной жизни, уже есть необходимые предпосылки для предстоящего развития человеческой психики. Ни один вид живых существ такими признаками социализации не обладает. Если бы ребенок рождался на свет как существо биологическое, не имеющее специфически человеческих признаков в структурной организации его мозга, и становился человеком только под воздействием социального окружения, то можно было бы допустить, что и детеныш обезьяны, помещенный в социальную среду с первого дня после его рождения, должен был бы “очеловечиться”. Но на практике ничего подобного не происходит.

Дело в том, что еще в зародыше мозга человека закладывается “матрица” будущего мозга человека. Но для того, чтобы на ее основе сформировались психические свойства человека, необходимы социальная среда, общественные факторы.

Естествознание рассматривает сознание как высшую инстанцию психической сферы человека, которая придает жизнедеятельности человека осознанный и целенаправленный характер. Подобно другим уровням живой системы, сознание имеет свою внутреннюю структуру: оно включает в себя ощущение, восприятие, представление, память и т.д. Без этих психических процессов оно функционировать не может.

Общее взаимодействие всех компонентов, всех психических функций составляет цельную интегрированную систему сознания. Поэтому сознание человека можно определить как социально интегрированную систему психических функций человека, с помощью которой он получает возможность в идеальной форме адекватно отражать все предметы, явления и процессы реальной действительности и преобразовывать мир в своих интересах. Как известно, потребности являются внутренним, естественным источником активности человека. Эмоции неразрывно связаны с потребностями и всегда их сопровождают. Сознание указывает пути, средства, методы и формы реализации потребностей. Воле принадлежит функция управления человеческой деятельностью. Сознание намечает цель деятельности, а воля реализует ее достижение.

Выше было отмечено, что важной формой психической деятельности являются эмоции. Это те психические реакции, с помощью которых человек переживает и субъективно выражает свое отношение к миру и к самому себе.

В 18-19 веках существовало представление об эмоциях, с одной стороны, как о следствиях лишь интеллектуальной деятельности, а с другой, - как о воспринимаемых сознанием органических (телесных) изменениях.

Впоследствии эмоции стали рассматриваться с функциональной точки зрения, как реакция на возникшую ситуацию, к которой человек не может приспособиться или приспосабливается, преодолевая при этом существенные затруднения.

Сейчас общепризнанно, что появлению эмоций предшествует эмоциональная ситуация. Она возникает при избыточной мотивации по отношению к реальным приспособительным возможностям индивида и зависит от отношения между мотивацией и возможностями субъекта.

Эмоция часто возникает потому, что субъект не может или не умеет дать адекватный ответ на создавшуюся ситуацию. Некоторые ученые выделяют три группы эмоциональных ситуаций: новизна, необычность и внезапность.

Многие ученые сходятся на том, что эмоции неразрывно связаны с потребностями. Эмоции рассматриваются как сложный комплекс психофизиологических сдвигов, обусловленных возникновением, а также удовлетворением или неудовлетворением какой-либо потребности живого организма. При наличии соответствующей потребности непосредственным толчком к возникновению эмоционального состояния являются внешние и внутренние раздражители.

Способности играют важную роль в жизни, поведении и деятельности человека. Это такие индивидуальные особенности, которые проявляются только на практике, определяют успехи человека в том или ином виде деятельности и служат тем самым одним из существенных признаков индивидуальных различий людей.

Способности можно квалифицировать по уровню развития (способность - талант - гениальность) и по направленности (общей и специальной).

Способности в совокупности с особенностями характера и воли могут создать представление о работоспособности человека.

Анализируя многообразные формы человеческой деятельности, можно выделить три основных ее вида: непроизвольную (дыхание, кровообращение, мигание и т.д.), опытно-автоматическую или смешанную, со слаборазличимым волевым компонентом, и активно-волевую (восприятие, запоминание, воображение, внимание, творческое мышление и т.д.).

Работоспособность человека предполагает, по меньшей мере, удовлетворительное осуществление им всех трех указанных видов деятельности. При этом принято применение оценочных суждений – “низкая” работоспособность, “высокая” работоспособность. Относительность такого подхода очевидна.

Важнейшим условием проявления человеком нормальной работоспособности является удовлетворительное функционирование его как живой системы, его здоровье.

Проблема здоровья человека - одна из древнейших проблем, которая сопровождает его на всем протяжении общественно-исторического развития. Понятно, что речь идет о временном интервале с момента появления в процессе эволюционного развития человека разумного, человека современного типа.

Что такое здоровье? Что значит быть здоровым? Что является показателем здоровья человека? - вопросы эти на первый взгляд тривиальны, и кажется, что ответы на них лежат на поверхности. Не претендуя на полноту, акцентируем внимание на некоторых сторонах этих вопросов.

Как правило, человеку свойственна “абсолютизация” очевидности здоровья, в силу чего оно воспринимается как некий “законченный” факт, вырванный из всеобщей временной связи причины и следствий. Любое состояние здоровья только тогда воспринимается человеком на чувственном уровне, когда оно проявляется через нездоровье - в виде более или менее значительного препятствия для осуществления какой-либо деятельности. В индивидуальном сознании человека не всегда фиксируется тот факт, что здоровье, обязательно проявляясь в жизнедеятельности, выступает одновременно ее условием и результатом.

Традиционный подход к вопросам здравоохранения связан с разработкой новейших методов лечения больных. Совершенствование процесса лечения, улучшение способов диагностики, конечно, имеют великое значение. Поэтому врачи, как правило, бывают обучены именно лечению. В то же время не менее, если не более важна профилактика заболеваний, т.е. недопущение болезней, к чему, к сожалению, врачи оказываются подготовленными (обученными) в меньшей степени. В связи с этим сегодня важное значение приобретает развитие, наряду с лечебной, профилактической медицины.

Многие ученые - медики утверждают, что избавление человечества от болезней возможно только путем их недопущения. По свидетельству академика Ю.М. Лопухина, только 10-15 % всех заболеваний можно вылечить полностью. По его же оценке, вполне можно не допустить или быстро приостановить такие болезни, как травмы, почти все инфекционные (бактериальные), простудные, легочные (бронхиты, пневмонии), инфаркты, инсульты, рак легкого, камни почек и желчных путей, многие виды глухоты и некоторые другие. В то же время много еще болезней за пределами возможности их предупреждения. Например, психические.

Представляется очень важной выработка у каждого человека мотивации постоянно заботиться о своем здоровье. На наш взгляд, здесь необходим комплексный подход, включающий меры как просветительского, так и предупредительного характера, способствующие появлению. скажем, опасения потерять работу и средства к существованию и т.п. Настало время, когда каждый должен изживать в себе укоренившуюся уверенность: если я заболею, ничего страшного в этом нет, т.к. меня обязаны вылечить, дать бесплатную путевку в санаторий и т.д.

В настоящее время возрос интерес к так называемой психосоматической проблеме, которая была поставлена человечеством еще на заре цивилизации как проблема взаимоотношения души и тела. Велико ее значение для медицины. Саморазвитие и самосовершенствование человека предполагает его физическую и психическую тренированность, высокий уровень психофизиологической саморегуляции. Соматические заболевания могут привести к психическим нарушениям, которые, в свою очередь, могут влиять на ход соматических болезней.

Имеются данные, что до 90 % всех заболеваний так или иначе связаны с психическим стрессом. Влияние психического на соматическое может быть патогенным, приводящим к возникновению соматических заболеваний, и саногенным, способствующим нормализации и оптимизации физиологических функций и повышению общего уровня здоровья.

Многие исследователи, занимающиеся данной проблемой, едины в том, что правильная жизненная стратегия заключается не в том, чтобы уклоняться от трудностей жизни и избегать стрессов, и не в том, чтобы жить в экстремальных ситуациях, а в том, чтобы и при удачах, и при неудачах сохранять веру в себя и высокий уровень поисковой активности.

Наиболее ярким проявлением поисковой активности являются различные виды творчества. Поэтому творческая устремленность делает человека менее уязвимым к вредным физическим и психическим воздействиям, а формирование творческой личности в процессе воспитания - важное средство профилактики психических и психосоматических расстройств.

Существует много трактовок понятия творчества. Здесь нет необходимости анализировать различные формулировки. Самый общий подход к пониманию творчества схватывает два существенных момента - это:

1) процесс созидания нового, оригинальных духовных и материальных ценностей;

2) совокупность свойств личности, обеспечивающих ее включенность в творческий процесс.

Применительно к творческой деятельности важно четкое различение таких понятий, как собственно творчество и продуктивность. Они в чем-то совпадают, но друг друга полностью не перекрывают. Например, продуктивный исследователь, не обладая высокими творческими возможностями, может быть хорошим систематизатором высказанных другими идей.

Многих ученых интересовал и интересует вопрос о психологических особенностях творческой деятельности и тех условиях, которые необходимы для продуктивного творчества. Академик Вернадский В.И. обращал внимание на следующие требования: проводить детальный анализ: видеть за частным общее; не ограничиваться описанием явления, а глубоко исследовать его сущность и связь с другими явлениями: не избегать вопроса “почему”?; прослеживать историю идей и др.

Решая творческую задачу, человек, как правило, пребывает в плену привычных вариантов. Творческие идеи направляются по “вектору психологической инерции”, как раз в ту сторону, где меньше всего можно ожидать сильных решений. Психологическая инерция может быть обусловлена самыми различными факторами: боязнью вторгнуться в чужую область, опасением выдвинуть идею, которая покажется смешной. и т.д.

45. Антропный принцип

Корректным можно считать вопрос: почему так называемые физические: постоянные (например, постоянная Планка, заряд электрона, массы электрона и протона, скорость света в вакууме и др) имеют такие, а не какие-нибудь иные значения, и что случилось бы со Вселенной, если бы эти значения оказались другими? Правомерность вопроса определяется тем, что численные значения физических постоянных теоретически не обоснованы. Они получены экспериментально и независимо друг от друга. Существуют достаточно узкие рамки в выборе подходящих значений физических постоянных. допускающие существование знакомой нам Вселенной. Например, если увеличить массу протона на 30%, то это лишает протон возможности объединиться с нейтроном, то есть делает невозможным протекание нуклеосинтеза. Выход за пределы определенных значений физических постоянных закрывает возможность протекания во Вселенной процессов нарастания сложности и упорядочения вещества.

Бросается в глаза и то, что небольшая ассиметрия между веществом и антивещемтвом позволила на ранней стадии образоваться барионной Вселенной. Без этого она бы выродилась в фотонно- лептонную пустыню. И еще пример: расположение энергетических уровней у ядра кислорода оказалось именно таким, что не позволяет в процессах звездного нуклеосинтеза превратиться всем ядрам углерода в кислород, а ведь углерод - это основа органической химии и, следовательно, жизни.

Совокупность многочисленных случайностей такого рода называется "топкой подстройкой» Вселенной. Не менее удивительные совпадения встречаются и при рассмотрении процессов, связанных с возникновением и развитием жизни.

В 70-е годы 20 века был выдвинут так называемый антропный принцип. Формулируется в 2-х вариантах: слабый антронный принцип, сильный антропный принцип.

Слабый антропный принцип понимается так: в ходе эволюции Вселенной могли существовать самые различные условия. Однако человек как познающий субъект видит мир только на том этапе на котором реализовались условия, необходимые для его существования. При этом все предшествовавшие появлению человека стадии эволюции Вселенной могли протекать только в мире, где существовала "тонкая подстройка” Это означает, что раз человек есть, то он увидит только вполне определенным образом устроенный мир. Ничего другого увидеть ему просто не дано.

С точки зрения сильного антропного принципа вводится предположение о множественном рождении Вселенных. В каждой из этих Вселенных случайным образом реализуется произвольный набор физических постоянных и соответствующих им физических законов. Случайный перебор всевозможных вариантов создает в одной (или нескольких) из них ситуацию "тонкой подстройки" со всеми вытекающими отсюда следствиями. Есть предположение и о самоорганизации единственной Вселенной, чем предопределяется появление в ней "тонкой подстройки" и познающего субъекта. Согласно этому взгляду появление разума не только заранее запланировано, но и имеет определенное предназначение. Оно должно себя проявить в последующем процессе развития Вселенной. Значит, человек вынужден будет заняться вопросом выяснения своего предназначения во Вселенной.

 

46. Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, восемь планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет, бесчисленное множество метеоритных тел, межпланетного газа и пыли.

Планеты Солнечной системы подразделены на две группы:

-планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс;

-планеты- гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Планета – астрономическое тело, которое имеет достаточную массу, что бы при своем формировании принять круглую форму в гидростатическом равновесии и тело которое вращается вокруг звезды и не является спутником другой планеты. Согласно новому определению планетой считается тело, удовлетворяющее двум условиям: объект должен быть на орбите вокруг звезды (при этом не являться звездой компаньонкой) и должен быть достаточно большой массы, что бы во время формирования принять сферобразную форму.

"Карликовая планета" – небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, имеет достаточную массу, для того, чтобы самогравитация превосходила твердотельные силы и тело могло принять гидростатически равновесную (близкую к сферической) форму (не очищает окрестности своей орбиты и не является спутником (планеты).

Все остальные объекты, обращающиеся вокруг Солнца, охватываются понятием "Малые тела Солнечной системы.

Различие планет по физическим свойствам обусловлено тем, что земная группа формировалась ближе к Солнцу, а планеты-гиганты на очень холодной периферии Солнечной системы.

Планеты земной группы сравнительно малы и имеют большую плотность. Планеты данной группы имеют твердые оболочки, в которых сосредоточена почти вся их масс. Венера, Земля, Марс обладают атмосферами. Меркурий практически лишен атмосферы.

Планеты земной группы резко отличаются по элементному составу от Солнца и совершенно не ответствуют средней космической распространенности элементов - очень мало водорода, инертных газов, включая гелий.

Планета - гиганты обладают иным химическим составом. Юпитер и Сатурн содержат водород и гелий в той же пропорции, что и Солнце. Вероятно, другие элементы также содержатся в пропорциях соответствующих солнечному составу. В недрах Урана и Нептуна, по-видимому, больше тяжелых элементов.

Недра Юпитера находятся в жидком состоянии, за исключением небольшого ядра, которое представляет собой результат металлизации жидкого водорода. Температура в центре Юпитера около 30000К. Химический и изотопный состав Юпитера отражает, по-видимому, состав межзвездной среды, какой она была 5 млрд. лет назад. Вместе с тем Юпитер никогда не был настолько горяч, чтобы в нем могли протекать термоядерные реакции. Сатурн по внутреннему строению похож на Юпитер. Строение недр Урана и Нептуна иное: доля каменистых материалов в них существенно больше.

Основными источниками энергии в недрах планет являются радиоактивный распад элементов и выделение гравитационной потенциальной энергии при аккреции и дифференциации вещества, его постепенном перераспределении по глубине в соответствии с плотностью – тяжелые фрагменты тонут, легкие всплывают. такие процессы вызывают перемещение отдельных участков земной коры, деформацию, горообразование, тектонические и вулканические процессы.

Причина вулканических процессов в следующем. В верхней мантии существуют небольшие области, где температура достаточна для плавления ее вещества. Расплавленное вещество(магма), выдавливающееся вверх, прорывается через кору, и происходит вулканическое извержение. Судя по характеру поверхности, среди планет земной группы тектонически наиболее активна Земля, за ней следует Венера и Марс. При этом важно, что выделяемая Землей тепловая энергия не приводила ее в полностью расплавленное состояние.

Поверхность планет и их спутников формируют кроме эндогенных (тектонических, вулканических) процессов и экзогенные - падение метеорных тел (кратеры),эрозия под действием ветра, осадков воды, ледников, химическое взаимодействие поверхности с атмосферой и гидросферой и др. Эндогенные и экзогенные процессы определяют рельеф поверхности планет.

Помимо планет к солнечной системе принадлежат также и кометы - небесные тела, периодически появляющиеся вблизи планет солнечной системы. Общее предполагаемое число комет в Солнечной системе - около 2,5 млн., наблюдалось около 600 комет (многократно приближающихся к Солнцу - 325).В течении года можно наблюдать 7-10 комет.

Кометы - тела Солнечной системы, имеющие вид туманных объектов, обычно со светлым сгустком-ядром в центре и хвостом

КОМЕТА, небольшое небесное тело, движущееся в межпланетном пространстве и обильно выделяющее газ при сближении с Солнцем. С кометами связаны разнообразные физические процессы, от сублимации (сухое испарение) льда до плазменных явлений. Кометы – это остатки формирования Солнечной системы, переходная ступень к межзвездному веществу.

АСТЕРОИД- малая планета, сравнительно небольшое каменистое небесное тело, множество которых обращается вокруг Солнца в основном между орбитами Марса и Юпитера; иногда они заходят и внутрь орбиты Земли. Астероиды и кометы – это остатки того вещества, из которого 4,5 млрд. лет назад сформировались большие планеты.

Первый астероид, Церера, был обнаружен в 1801; с тех пор их постоянно ищут, и регулярно открывают новые; в конце 20 в. число астероидов с известными орбитами приблизилось к 10 000.

Подавляющая часть астероидов населяет пояс астероидов, лежащий за орбитой Марса и образующий тор, плотность которого спадает за расстоянием от Солнца 3,2 астрономической единицы (а.е.), на котором орбитальный период вдвое меньше периода Юпитера. На некоторых расстояниях, где орбитальный период находится в простом отношении с периодом Юпитера, астероидов тоже почти нет: их движение там неустойчиво из-за регулярных возмущений, вызываемых Юпитером. Эти области называют окнами или люками Кирквуда. Обычно орбиты астероидов умеренно вытянуты и наклонены к плоскости эклиптики. По схожести орбит большинство астероидов распадается на две дюжины семейств, происхождение которых, вероятно, связано с соударением и дроблением крупных первобытных астероидов.

Большинство астероидов быстро вращается, с периодом в несколько часов. У некоторых периоды вращения измеряются неделями, причиной чему, вероятно, стало редкое сочетание взаимных ударов.

 

48. Галактиками называются гигантские (до~1013 звёзд) звёздные системы, расположенные вне нашей Галактики. Их называют ещё внегалактическими туманностями, т. к. при визуальном наблюдении в телескоп они выглядят туманными пятнышками, как и обычные газовые туманности. Сведения о галактиках приводятся в специальных астрономических каталогах.

Формы галактик чрезвычайно разнообразны. Однако большинство галактик относят к нескольким основным типам, руководствуясь их наиболее характерными внешними признаками, а более мелкие различия галактик помогают подразделить эти типы на отдельные подтипы. Классифицировать галактики по морфологическим особенностям предложил Хаббл. Около 25% изученных галактик имеет круглую или эллиптическую форму, поэтому их называют эллиптическими галактиками (в классификации этот тип обозначают символом Е). Это наиболее простые по структуре, звёздному составу и характеру внутренних движений системы.

В них не обнаружено звёзд высокой светимости (сверхгигантов), самые яркие звёзды в эллиптических галактиках - красные гиганты. Поверхностная яркость этих систем плавно убывает примерно обратно пропорционально квадрату расстояния от ядра, постепенно сливаясь без скачков с окружающим фоном неба. Расширение линий в спектрах эллиптических галактик указывает на то, что звёзды в них движутся в самых произвольных направлениях с высокими скоростями (200 км/с). В этих условиях распределение звёзд во всех радиальных направлениях от центра симметрии должно быть почти равновероятным, что и объясняет близкую к сфероидальной форму таких звёздных систем. Эллиптические туманности в зависимости от степени видимого сжатия подразделены на восемь подтипов: от сферических систем Е0 до чечевицеобразных Е7 (цифра указывает степень сжатия).

Другой, самый распространённый тип галактик (их около 50%) отличается большим разнообразием структуры. Эти звёздные системы имеют два или более клочковатых спиральных рукава, образующих плоский "диск. В центральной области галактик расположено сфероидальное вздутие (балдж), в котором находится ядро галактики. Такие галактики называют спиральными и обозначают символом S. Спиральные рукава, как правило, богаты яркими газовыми туманностями, окружающими горячие звёзды-сверхгиганты, а также облаками тёмной газово-пылевой материи. Примерно у половины спиральных галактик рукава начинаются сразу от ядра (это нормальные спиральные галактики), у остальных галактик через ядро проходит яркая перемычка (бар), идущая далеко за пределы ядра (пересечённые спиральные галактики). От концов перемычки и начинают закручиваться спиральные рукава.

И нормальные (S), и пересечённые (SB) спиральные галактики подразделяются ещё на подтипы Sa, Sab, Sb, Sc, SBa и т. д. по относительным размерам ядра и диска (размеры ядра убывают от Sa к Sc). Некоторые из спиральных систем видны в профиль как толстое (в случае Sa) или тонкое веретено, обычно пересечённое полосой тёмного вещества, поглощающего свет.

Наша Галактика, как известно, также является спиральной, вероятнее всего типа Sb. По-видимому, спиральные галактики окружены сфероидальной звёздной короной, в которой содержится значительная часть массы галактик.

Если проследить изменение форм эллиптических галактик от сферической до чечевицеобразной и форм спиральных галактик от Sa ко всё более сплюснутой системе Sc, то напрашивается вывод о существовании ещё одного типа галактик, промежуточного между этими основными. На рис. 2 приведена одна из морфологических классификаций галактик - так называемый камертон Хаббла.

Рис. 2. Схема классификации галактик (по Э. Хабблу).

 

 

Гипотетический тип получил в этой схеме символ S0; он был сначала предсказан, а затем найден. В галактиках этого типа (их около 20% от общего числа встречающихся вблизи нашей Галактики), в отличие от эллиптических систем, яркость от центра к краю падает ступеньками. В такой системе различают ядро, "линзу" и слабый "ореол". Эти галактики называют линзообразными. В наружных частях линзы иногда видны зачатки спиральных рукавов, перемычки и наружное светлое кольцо. Сочетание этих деталей придаёт системам иногда совершенно необычный вид.

Остающиеся 5% галактик не удаётся отнести ни к одному из перечисленных типов, они образуют тип неправильных галактик (символ Ir). У таких галактик часто отсутствует симметрия формы. По меткому замечанию амер. астронома В. Бааде, этот тип явился "мусорной корзиной" для галактик, не поддающихся классификации. Действительно, в этом типе чисто условно объединено нескольких. разных по характеру классов галактик. Наиболее распространены неправильные галактики типа Магеллановых Облаков, названные так по имени ближайших к нам звёздных систем, видимых невооружённым глазом в южном полушарии. В сущности, эти звёздные системы - предельный случай спиральных галактик, когда они чрезвычайно плоски и в них совершенно отсутствует центральное ядро, хотя и есть следы спиральной структуры, свидетельствующей об осевом вращении систем. Другой класс неправильных галактик очень странен: по цвету и плавному изменению яркости к краям они сходны с эллиптическими, а по спектру - со спиральными системами. Однако в них нет типичных для спиральных систем звёзд-сверхгигантов и ярких газовых туманностей. Примером таких звёздных систем является М82 - неправильная галактика, в центральной части которой обнаружены облака газа, движущиеся со скоростями более тысячи км/с во все стороны. К неправильным галактикам относятся также пекулярные, каждая из которых имеет совершенно уникальную форму. Среди них в специальный класс выделены так называемые взаимодействующие галактики. Это обычно двойные галактики, между которыми наблюдаются перемычки, хвосты или мостики светлой и тёмной материи и т. д. Все эти особенности считают признаками взаимного влияния близко расположенных галактик.

Форма и структура галактик неразрывно связаны с их основными физическими характеристиками: размером, массой, светимостью. При равных расстояниях до галактик их видимые размеры, а также массы возрастают по мере перехода от менее ярких галактик к более ярким. Видимую яркость (блеск) галактик принято выражать в фотографических звёздных величинах, определяемых фотометрированием их изображении на снимках. Если галактика превосходит другую однотипную галактику по абсолютной звездной величине на единицу, то их диаметры соответственно будут различаться в полтора раза, а массы - в два (для спиральных) или в три раза (для эллиптических галактик).

Массы галактик принято выражать числом солнечных масс (масса Солнца mc=1033). Определить массу звёздной системы можно несколькими способами. Наиболее точный способ заключается в наблюдении скоростей вращения периферийных, промежуточных и центральных частей спиральных галактик. Спиральные галактики. вращаются вокруг своей оси не как твёрдый однородный по массе диск, а дифференциально - по закону, который зависит от распределения массы.

По мощности излучения галактики можно подразделить на несколько классов светимости. Самый широкий диапазон светимостей наблюдается у эллиптических галактик. В центральных областях некоторых скоплений галактик обнаружены так называемые cD-галактики, являющиеся рекордными по светимости.

Большинство галактик входят в группировки, насчитывающие от нескольких ярких членов (группы галактик) и до сотен и тысяч членов (скопления галактик). Яркие одиночные галактики редки - их не более 10% от общего числа галактик.

Наиболее исследована Местная группа галактик, в которой самыми яркими и массивными является наша Галактика и туманность Андромеды. Каждая из них имеет по богатому семейству.

В Семейство нашей Галактики входят 14 карликовых эллиптических галактик, несколько внегалактических шаровых скоплений и неправильные галактики, среди которых крупнейшие - Магеллановы Облака.

Скопления галактик состоят, как правило, из эллиптических и линзообразных галактик, число спиральных галактик в них очень мало. Всего пока выявлено около 50 сверхскоплений, которые слагаются из десятков отдельных крупных скоплении галактик, но наряду с ними существуют и просто скопления галактик, не входящие в коллективы более высокого ранга.

Наша галактическая система— рядовая звездная система. На небе в ясную безлунную ночь хорошо видна яркая белесоватая поло­са — Млечный Путь.

Галактика — это гигантская звездная система, состоящая почти из 200 млрд звезд, и Солнце — одна из них. Вообще галактики — огром­ные вращающиеся звездные системы. Они различаются и по внешне­му виду, и по характеристикам. Помимо звезд, в галактики входит межзвездное вещество: газ, пыль, частицы космических лучей. Счита­ют, что некоторые галактики по ряду свойств и по внешнему виду по­хожи на нашу Галактику, называемую Млечный Путь. Из их фотографий можно заключить, что это достаточно тонкий диск с утолщением в центре. В этом месте Галактика простирается на область с радиусом в 25 кпк и толщиной около 2 кпк, на расстоянии в 10 кпк от центра находится Солнечная система. Она движется вокруг центра Галактики почти по окружности со скоростью 240 км/с.

Орбита Солнца лежит в плоскости Галактики, один оборот длится 240 млн лет. Maccа центральной части Галактики порядка 3∙1041кг. Предполагают, что большая масса рассредоточена на периферии Галактики, в области радиусом около 100 кпк. Многие звезды образуют группы — скопления. Эволюционные процессы связаны с такими характеристиками звезд, как возраст, химический состав, характеристики движений и про­странственное расположение.

Возраст звезд находится в достаточно большом диапазоне значе­ний: от сотен тысяч лет (возраст самых молодых звезд) до 15 млрд лет (возраст Вселенной). Есть звезды, образующиеся на наших глазах и находящиеся в протозвездной стадии.

Все звезды, по терминологии Бааде, предложенной в 1944 г., при­нято называть звездным населением. В плоскости Галактики располо­жены звезды молодые и среднего возраста население I, или диска (звезды Главной последовательности спектральных классов О и В самые молодые и горячие, G, К, М — карлики). Это рассеянные звезд­ные скопления, горячие звезды - гиганты и сверхгиганты, сверхно­вые звезды, долгопериодические цефеиды, молекулярные облака, светлые и темные туманности. Возраст их порядка 107-108 лет, они не­давно образовались из межзвездного газа, поэтому находятся в плос­кости вблизи него. Сейчас межзвездного газа по массе немного - око­ло 5 % общей массы, и он сконцентрирован в спиральныхрукавах. Наше Солнце находится посередине между двумя спиральнымирука­вами (см. рис. 4). Самые старые составляют население II,или гало(шаровые скопления, содержащие до 1 млн звезд; рассеянные скопле­ния,содержащие лишь 100-1000 звезд; ( субкарлики IIпеременные типа RR Лиры); к старым относятся красные карлики,красные гиганты и цефеиды. Их возраст порядка 1010 лет.

Старые объекты находятся ближе к центру Галактики.

 

а б

Рис. 4. Положение Солнечной системы в Галактике (отмечено крестиком): а — вид сверху; б — вид сбоку.

Промежуточную по возрасту группу занимают звезды, заполняю­щие диск Галактики толщиной около 1кпк. Это новые звезды, плане­тарные туманности, яркие красные гиганты, расположенные в ядре Га­лактики.

Сравнительно молодые звезды верхней части Главной последова­тельности входят обычно в состав рассеянных скоплений. Непосред­ственному наблюдению доступны около 1 000 таких скоплений, и все они принадлежат диску. Кроме рассеянных скоплений, в Галактике бо­лее 100 шаровых скоплений. Они получили такое наименование пото­му, что в центре скопления блеск близко расположенных звезд слива­ется в яркий фон. Ближайшее шаровое скопление можно видеть в со­звездии Центавра даже невооруженным глазом в виде размытого пят­на. Шаровые скопления очень устойчивы, они образуют сферическую подсистему. В них много бело-голубых звезд и мало красных гиган­тов. Многие из шаровых скоплений являются источниками мощного рентгеновского излучения. Это объясняют аккрецией (падением) меж­звездного газа на черные дыры, находящиеся, по мнению некоторых ученых, в центре шаровых скоплений.

Межзвездный газотносят к населению диска, поскольку по свое­му химическому составу, расположению и характеру движения он ближе всего к молодым звездам. В спектрах были открыты линии меж­звездного натрия, калия, железа, титана и водорода (по косвенным данным, например, потому, что водород образует вместе с атомом уг­лерода молекулу СН). Измерения взаимных положений компонентов в спектрах позволили составить схемы обращения облаков вокруг цент­ра Галактики. В 1951г. советские астрономы Г.А.Шайн и В.Ф.Газе при фотографировании неба сквозь светофильтры, выделяющие от­дельные эмиссионные линии водородной серии Бальмера, открыли бо­лее 200 туманностей, которых не видно на обычных фотографиях. Сейчас установлено, что средняя плотность водорода в межзвездной среде порядка 0,1 частицы в 1 см3, тогда как в плотных облаках - до нескольких тысяч. Соотношение водорода и гелия в межзвездной сре­де оценивается как 9:1. В спиральных рукавах плотность водорода примерно на порядок выше, чем между рукавами.

Межзвездная среда ослабляет свет звезд примерно на 0,6 звездной величины на 1пк, как доказал в 1847г. русский астроном В.Я.Струве, а советский ученый П.П.Паренаго вывел формулу учета этого ослаб­ления. Межзвездная среда похожа на пыль, концентрация которой в 100 раз меньше газовой. Ее частицы напоминают ледяные загрязнен­ные кристаллики с Т≈17К. Газопылевые облака поглощают свет далеких звезд, при этом их поглощательная способность пропорциональ­на 1/λ. Например, ядро Галактики удается наблюдать только в инфра­красном и радиодиапазонах. В центре Галактики обнаружен мощный источник радиоизлучения Стрелец А. В нем предполагают наличие массивной черной дыры, окруженной газовым диском диаметром око­ло 1 млрд км. Из ядра, линейные размеры которого оценивают в 4 тыс. св. лет, с огромными скоростями (до 600 км/с) выбрасываются сгустки вещества, масса которых за год оценивается в массу Солнца. В основ­ном облака концентрируются вблизи галактической плоскости. Ту­манности скрывают тайны строения нашей Галактики.

Ядро Галактикиизучено плохо, поскольку центральная область почти недоступна для наблюдений из-за сильного поглощения в меж­звездной среде. Наблюдения в разных областях спектра позволили уста­новить размер ядра примерно в несколько килопарсек. Плотность звезд достигает 107 звезд/пк3, тогда как вблизи Солнца — 0,1 звезд/пк3. В цен­тре Галактики находится источник нетеплового излучения (Стрелец А); вероятно, очень быстрые электроны, которые возникают при вспышках сверхновых звезд или пульсаров, ускоряются в магнитных полях. Мощ­ное излучение от ядра существует в радиодиапазоне и в инфракрасной области. Есть предположения, что это массивное быстро вращающееся плазменное тело — «магнетоид» или черная дыра.

Движения старых и молодых звездв Галактике имеют различия. У старых — большие эксцентриситеты орбит, а молодые движутся почти по окружностям. Получаются две подсистемы: молодые звезды быстро вращаются внутри почти неподвижной системы более старых звезд. Оказалось, старое население Галактики более или менее равно­мерно занимает почти сферический объем, концентрируясь ближе к центру, а молодое — концентрируется в диске, толщина которого в десятки раз меньше радиуса. Поэтому на больших расстояниях от центра преобладает излучение звезд диска, а вблизи центра — излуче­ние сферической подсистемы. Возникает некое утолщение диска в его центре. Советский ученый Б.В. Кукаркин выделил в Галактике три подсистемы: плоскую, промежуточную и сферическую, различающие­ся по степени сосредоточенности звезд. Он показал, что звезды с оди­наковыми физическими характеристиками одинаково распределены в пространстве. Вблизи Солнца пространственные скорости звезд раз­личны по величине и направлению и составляют относительно Солнца 20-30 км/с.

Обнаруживается и вращение вокруг центра Галактики. Участвуя в общем движении Галактики, Солнце вместе со своей системой дви­жется со скоростью 240 км/с и делает полный оборот вокруг центра за 240 млн лет. Этот промежуток времени называют галактическимго­дом.Направляя радиотелескоп в разные участки Млечного Пути, уче­ные изучили распределение водорода в пространстве облаков, линия водорода на λ=21см оказалась расщепленной на несколько отдель­ных компонентов. По водородным линиям установлены спиральные рукава,вдоль которых образуются молодые звезды.

Лучевые скорости звездопределяют по доплеровскому смещению спектральных ли­ний. Сравнение фотографий звезд, сделанных через доста­точно большие интервалы времени, показывает наличие двух составляющих — луче­вой (по направлению к наблю­дателю) и тангенциальной. Для представления о прост­ранственной скорости необхо­димо знать обе составляющие. Если лучевую определяют по эффекту Доплера, то для рас­чета тангенциальной состав­ляющей нужно знать и рассто­яние до звезды. Звезды гало и диска Галактики различны и по своим пространственным скоростям: у звезд гало скоро­сти в 4-5 раз больше.

Отличия химического состава(различное содержание тяжелых элементов) звезд гало и диска позволили выстроить последователь­ность жизни звезд. Предполагается, что Галактика как система звезд образовалась примерно 13 млрд лет назад. На «дозвездной», или «до-галактической», стадии развития вещество Вселенной не содержало никаких элементов, кроме водорода (3/4) и гелия (1/4). Гравитацион­ные силы сжимали облако, и возникли первые неоднородности, среди которых выделились области с большой плотностью и в которых на­чался процесс звездообразования. Возникли и первые скопления звезд. Появились шаровые и рассеянные скопления, в них сформировалось некоторое количество звезд классов О и В. Они «сгорели» за 1 млрд лет, закончив свою эволюцию вспышкой сверхновой.

Более тяжелыми элементами обогатили межзвездную среду оболочки взрывающихся звезд. Первые поколения звезд содержат элементы более тяжелые, условно их называют металлами.

Появление тяжелых элементов говорит о том, что, прежде чем попасть в эти звезды, первичное вещество подверглось каким-то ядерным превращениям и обогатилось тяжелыми элементами. Большинст­во звезд имеют малую массу, которой недостаточно для выработки тя­желых металлов путем термоядерных реакций. Такие звезды, как наше Солнце, способны только превращать водород в гелий, поэтому их хи­мический состав не меняется и соответствует тем химическим элемен­там, из которых они образовывались.

Совокупность галактик всех типов, квазаров, межгалактической среды образует Метагалактику - доступную наблюдениям часть Вселенной. Метагалактика, как и составляющие её системы, имеет специфические свойства, особенности структуры и следует собственным закономерностям развития. Красное смещение отражает, по сути дела, одно из важнейших свойств Метагалактики. Смещение линий в спектрах галактик в сторону длинных волн связано с увеличением размеров Метагалактики - "разлётом" скоплений галактик. Попытки иначе объяснить красное смещение не удались. Более того, всё новые и новые факты наблюдений, например, открытие реликтового излучения, получают своё естественное объяснение только при подобном толковании красного смещения.

Из явления расширения Метагалактики вытекает, в частности, что раньше расстояния между галактиками и скоплениями галактик были меньше. А если учесть, что сами галактики в ранние эпохи развития были протяжёнными и разреженными газовыми облаками, то когда-то, миллиарды лет назад, границы этих облаков смыкались, т.е. все они выделялись из первоначально почти однородной газовой среды, находящейся в состоянии быстрого расширения.

Другое важное свойство Метагалактики - закономерность распределения в ней вещества. В галактиках сейчас основная масса вещества сосредоточена в звёздах, и только несколько процентов вещества, главным образом в спиральных и неправильных галактиках, приходится на межзвёздную среду (газ и пыль).

Некоторая часть материи Метагалактики находится в форме излучения и элементарных частиц. Плотность "лучистой" материи составляет менее 10-3 от плотности вещества, но плотность, обусловленная элементарными частицами (главным образом нейтрино, если они обладают массой покоя), может оказаться достаточно большой и довести плотность материи во Вселенной до критического значения ~10-29г/см3. По мере перехода от галактик к системам галактик всё более высоких степеней организации (группы, скопления, сверхскопления) массы вещества в одинаковых объёмах, намного превышающих размеры сверхскоплений, получаются сравнимыми, а средняя плотность вещества оказывается одного порядка. С гораздо большей точностью однородность Вселенной доказывается по наблюдениям реликтового излучения, интенсивность которого одинакова по всем направлениям.

Равномерное распределение материи в масштабах Метагалактики определяет одинаковость свойств материи и пространства во всех частях Метагалактики (однородность) и одинаковость их во всех направлениях (изотропия). Эти важные свойства Метагалактики характерны, по-видимому, для современного состояния Метагалактики, однако в прошлом, в самом начале расширения, анизотропия и неоднородность материи и пространства могли существовать. Поиски следов анизотропии и неоднородности Метагалактики в прошлом представляют собой сложную и актуальную задачу внегалактической астрономии, к решению которой астрономы еще только подходят.

 

47. Звезды- космические тела, состоящие из сильно ионизированного газа, в которых:

- вся энергия, высвобождаемая при термоядерных реакциях, излучается через звездную атмосферу в космос ( в недрах звезд t=10млн градусов);

- давление газа внутри звезды уравновешивает вес ее внешних слоев.

Классификация звезд основывается на таких харак­теристиках звезд, как масса, светимость (полное коли­чество энергии, излучаемое звездой), радиус и темпера­тура поверхностных слоев.

Температура звезды определяет цвет звезды, т. е. ее спектральные характеристики. Температуру нагретого тела оценивают по зависимости интенсивности излуче­ния от длины волны. Чем выше тем­пература излучающего тела, тем дальше в область корот­ких волн сдвигается максимум интенсивности излучения. Этот факт сформулирован в законе Вина: длина волны, соответствующая максимуму энергии, излучаемой абсо­лютно черным телом, обратно пропорциональна его тем­пературе.

Если температура поверхностных слоев звезды (как и любого нагретого тела) 3000-4000 К, то ее цвет крас­новатый, при температуре 6000-7000 К — желтоватый. Очень горячие звезды имеют белый и голубоватый цвета (10 000-12 000 К). Подавляющее большинство звезд имеют температуру около 3500 К.

Самые высокие температуры соответствуют голубым звездам, самые низкие - красным.

Таким образом, измерение зависимости интенсивно­сти излучения от его длины волны позволяет оценить температуру поверхности звезды.

Светимость звезды (количество энергии, испускае­мое звездой в единицу времени) определяют с использо­ванием так называемой «величины» звезды (звездной величины). По определению, две звезды, отличающиеся по наблюдаемой светимости (блеску) в 100 раз, будут отличаться друг от друга на 5 видимых звездных вели­чин. Нетрудно подсчитать, что блеск звезды нулевой и 20-й звездной величин будет отличаться в 100 милли­онов раз.

Шкала видимых звездных величин, доступных для наблюдения современными оптическими приборами, заключена от -26,7 для Солнца(самой яркой звезды нашего неба) до +24 для самой слабой из видимых звезд. Два фактора обусловливают этот огромный диапазон звездных величин: диапазон присущих звездам значений светимос­ти и разнообразие их рассто­яний от Земли.

Солнце гораздо ярче дру­гих звезд. Однако это совсем не значит, что его светимость самая большая. Оно просто близко. Для корректного сравнения светимостей необходимо исключить фактор расстояния. В связи с этим введено понятие абсолют­ной звездной величины как видимой звездной величи­ны, которую звезда имела бы, находясь на расстоянии 10 пс от Солнца. Именно эта характеристика и будет определять светимость звезды. Абсолютная звездная ве­личина Солнца +5.

Так как расстояния до Солнца и Проксимы Центавра меньше 10 пс, то их абсолютные звездные величины меньше видимых звездных величин. Для остальных звезд — абсолютные звездные величины больше види­мых звездных величин.

Возникает вопрос: почему так важно уметь сопостав­лять характеристики звезд, учитывать поправки на рас­стояние и другие причины (например, межзвездное по­глощение), о которых мы не говорим? Только в этом случае мы можем получать объективную информацию о звезде, и имеем возможность сопоставления поведения разных звезд на разных этапах эволюции.

Измерив, расстояние до звезды (используя для доста­точно близких звезд метод параллакса) и видимую звезд­ную величину, мы получаем абсолютную звездную вели­чину звезды, являющуюся мерой ее светимости. По измерениям зависимости интенсивности излучения звез­ды от длины волны можно установить ее температуру. Известно, что энергия, излучаемая единицей площади поверхности нагретого тела, пропорциональна четвер­той степени температуры Т тела (закон Стефана-Больцмана):

Q = σТ4 (1)

Полная энергия, испускаемая звездой (светимость), будет определяться радиусом звезды R:

L = 4nσR2T4 (2), σ— постоянная величина.

Отсюда мы можем оценить радиус звезды, абсолют­ная звездная величина и температура которой извест­ны. Для этого надо использовать соотношения (1 ) и (2) для Солнца (абсолютная звездная величина +5, радиус 700 000 км, температура 6000 К) и составить пропорцию.

Радиусы звезд меняются в очень широких преде­лах. Есть звезды, по своим размерам не превышающие Землю («белые карлики»). Нейтронные звезды имеют радиусы в несколько десятков километров. Существу­ют огромные «пузыри» — сверхгиганты, внутри кото­рых может поместиться орбита Марса (тысячи радиусов Солнца).

Массы звездизменяются в сравнительно узких пре­делах. Очень мало звезд, массы которых больше или меньше массы Солнца в 10 раз. Типичные значения масс звезд лежат в диапазоне 0,03-60 масс Солнца. Плотность Солнца 1,4 г/см3, плотность «пузырей» — в миллионы раз меньше. Плотность «белых карликов» и нейтронных звезд — до 1012 г/см3.

По массе их можно разделить на 4 группы в сравнения с массой Солнца: 1) до 1,4 массы Солнца, их эволюция аналогична нашему Солнцу; 2) 1,4-2,5 массы Солнца; 3) 2,5-25 массы Солнца и 3) 25-75 массы Солнца.

При возрастании температуры меняется не только длина волны, которой соответствует максимум излуче­ния, но и проявляется влияние внешних обо­лочек звезды на ее спектр. Возможна классификация звезд по особенностям их спектров излучения. Спект­ральная классификациясодержит семь классов, обозна­чаемых буквами О, В, A, F, G, К, М — от самых горячих звезд к самым холодным. (Мнемонические правила: Один Великий Англичанин Финики Жевал Как Морковь; О, Be A Fine Girl, Kiss Me.) Каждый класс разбивается на 10 подклассов — ВО, В1, В2 ... В9.

Солнце — звезда класса G2.

 

Внешние оболочки звезды, как правило, представля­ют собой сильно ионизированные водород и гелий, плаз­му с одинаковым числом положительно и отрицательно заряженных частиц. Тяжелые элементы, также в иони­зированном состоянии, присутствуют в виде незначи­тельных «добавок». Заметим, что возможна ситуация, когда атомы полностью потеряют электроны. В этом случае отдельно существуют ядра и электроны, понятие химического элемента исчезает.

Химический составзвезды определяют по ее спектру излучения. Средний химический состав наружных сло­ев звезды выглядит примерно следующим образом. На 10 000 атомов водорода приходится 1000 атомов углеро­да, пять атомов кислорода, два атома азота, один атом углерода, 0,3 атома железа. Содержание других элемен­тов еще ниже. В то же время необходимо отметить, что тяжелые элементы, занимая во Вселенной весьма скром­ное место, определяют характер эволюции звезд. Кроме того, вопрос возникновения жизни на Земле, существо­вания жизни во Вселенной прямо связан с эволюцией химических элементов, их происхождением.

Класс А включает так называемые водородные звез­ды со спектрами излучения, характерными для водоро­да. Типичная звезда этой группы — Сириус. Класс F включает звезды, в спектрах которых особо выделяются спектральные линии кальция и водорода. К классу G относятся звезды, в спектрах которых, кроме спектраль­ных линий кальция и водорода, видны спектральные линии многих металлов, особенно железа. Солнце при­надлежит к этой группе, поэтому звезды такого типа часто называют звездами солнечного типа. Звезды клас­са К имеют в спектрах интенсивные линии кальция и линии, указывающие на присутствие других металлов. В класс М входят звезды, спектры которых содержат полосы, характерные для окислов металлов, особенно окиси титана. Максимум излучения сдвинут в красную область спектра. Типичный представитель — звезда Бетельгейзе (созвездие Ориона).

Важную роль в поведении звезд играют магнитные поля.В пятнах на Солнце магнитное поле достигает 4000 Э. Это поле, которое можно получить на Земле с помощью относительно сильного электромагнита. Напряженность магнитных полей отдельных звезд достигает 10 000 Э.

Мы перечислили основные характеристики звезд. Возникает вопрос, существует ли какая либо связь меж­ду ними? Можно ли систематизировать существующие данные о миллионах наблюдаемых звезд?

Рассчитанные по данным наблюдений светимость, температура и радиус звезды связаны друг с другом. При помощи уравнений (1) и (2) по двум из этих параметров можно рассчитать третий. Звезды, как мы видим, чрезвычайно разнообразны. Звезды с наиболь­шими светимостями в миллион раз ярче Солнца. Звез­ды, имеющие самые слабые светимости, — примерно в миллион раз слабее Солнца. Поверхностные температу­ры самых горячих звезд — сотни тысяч Кельвинов, са­мых холодных — около 1000 К. Различны и радиусы звезд.

Можно было бы ожидать, что во Вселенной, содержа щей миллионы и миллионы звезд, представлены любые возможные сочетания этих параметров. Это предполо­жение можно проверить, выбрав любые два параметра для большого количества звезд и построив диаграмму, связывающую их.

В 1905 г. Э. Герцшпрунг и Г. Рессел независимо друг от друга заметили, что голубые (горячие) звезды малой светимости встречаются очень редко, а красные звезды образуют две группы. В 1911 г. Герцшпрунг, а в 1913г. — Рессел начали строить диаграммы, связывающие свети­мость звезд со спектральным классом.

Сегодня диаграмма, на которую нанесены большин­ство известных звезд (измерять температуры и опреде­лять спектральные классы совсем слабых звезд практи­чески невозможно), носит название диаграммы Герцшпрунга-Рессела (рис.5).

Звезды лежат на этой диаграмме не случайным обра­зом, а образуют явно выраженные последовательности. Большинство звезд находится в пределах сравнительно узкой полосы, идущей от левого верхнего угла диаграм­мы к правому нижнему. Это так называемая «главная последовательность». В верхнем правом углу — доволь­но беспорядочная группировка звезд. Их спектральные классы — G, К, М. Это яркие звезды с абсолютными звездными величинами от +2 до -6 — «красные гиган­ты». В левой нижней части диаграммы — небольшое ко­личество звезд. Их абсолют­ные величины +10 и боль­ше, а спектральные классы от В до F. Т. е. это горячие звезды с низкой светимос­тью. Но низкая светимость при высокой поверхностной температуре может быть только тогда, когда радиус звезды мал. В этой части ди­аграммы находятся малень­кие горячие звезды — «бе­лые карлики».

 

Рис 5. Диаграмма Герцшпрунга – Рессела.

 

 

Для того чтобы получить представление об относитель­ном количестве звезд разных последовательностей, можно построить диаграмму Герцшпрунга - Рессела для близ­ких окрестностей Солнца.

В объеме радиусом 5 пс подавляющее количество звезд слабее и холоднее Солнца. Это — «красные карлики». Только три звезды излучают сильнее Солнца — Сириус, Альтаир и Процион. Зато на рисунке пять «бе­лых карликов». Это являет­ся свидетельством того, что во Вселенной их количество достаточно велико. Оценки показывают, что «белых кар­ликов» в нашей звездной си­стеме (Галактике) по крайней мере несколько миллиардов (полное количество звезд в нашей Галактике около 150 миллиардов). Совершенно ясно, что наблюдать звезды-гиганты с высокой светимо­стью проще — их видно с больших расстояний. Значи­тельно более многочисленные карлики наблюдать зна­чительно сложнее.

Существование главной последовательности, на ко­торую попадает, по крайней мере, 95% всех звезд (в том числе и Солнце), является аргументом в пользу предпо­ложения, что большинство звезд подчиняется одним и тем же законам, имеет близкий химический состав, про­ходит одинаковые этапы в своем развитии.