Из истории развития общего землеведения

История науки — особая отрасль научного знания, которая анализирует факты, гипотезы, теории, учения, относящиеся к разным периодам. Исторический процесс развития всех наук имеет сходные черты: наука, как правило, отражает особенности жизни общества в данный период; развитие научного знания идет по спирали, каждый виток которой — это сбор фактов и их обобщение на уровне, соответствующем данной эпохе; в науках протекают процессы дифференциации и интеграции; глубина теоретической мысли зависит как от качества и количества фактов, так и от влияния философских учений, которые определяют методологию частной науки; по мере накопления научных знаний возрастает взаимное влияние наук.

Становление общего землеведения как науки неотделимо от развития географии в целом. Еще в глубокой древности человек стал интересоваться своим окружением на Земле и в Космосе. Люди систематически наблюдали за изменениями окружающего пространства и природными совпадениями, пытаясь установить причинно-следственные связи. Задолго до религиозных учений и представлений о божественном начале природы и жизни существовали взгляды на окружающий мир. Так постепенно складывались понятия и представления, многие из которых носили, несомненно, землеведческий характер.

Египтяне и вавилоняне прогнозировали время наступления наводнений в зависимости от расположения звезд, греки и римляне измерили Землю и установили ее положение в Космосе, китайцы и предки индусов постигали смысл жизни и взаимоотношения человека с его природным окружением.

В Древнем Китае было создано учение о всеобщем законе мира вещей, согласно которому жизнь природы и людей протекает по определенному естественному пути, составляющему вместе с субстанцией вещей основу мира. В мире все находится в движении и изменении, в процессе которых все вещи переходят в свою противоположность. Древний Вавилон и Древний Египет дали примеры использования достижений астрономии, космологии и математики в практической жизни народов. Здесь возникли учения о происхождении мира (космогония) и его строении (космология). Вавилоняне установили правильную последовательность планет, сформировали звездное астральное мировоззрение, выделили знаки зодиака, ввели 60-ричную систему исчисления, лежащую в основе градусной меры и шкалы времени, установили периоды повторяемости солнечных и лунных затмений. В эпохи Древнего и Среднего царств в Египте были разработаны основы прогнозирования нильских разливов, создан солнечный календарь, точно определена продолжительность года и выделено 12 месяцев. Финикийцы и карфагеняне применили знания астрономии для навигации и ориентирования по звездам.

Ученые Древней Греции уже за несколько веков до нашей эры пришли к заключению о шарообразности Земли, тогда же была высказана идея о вращении Земли вокруг своей оси. Важнейшими научными результатами землеведческого характера были: обоснование Аристотелем (384—322 гг. до н.э.) идей шарообразности Земли и наличия тепловых поясов на земной поверхности, вычисление Эратосфеном (276—194 гг. до н.э.) окружности Земли, осознание взаимодействия «стихий» и т.д. Эратосфену принадлежит термин «география».

В течение более чем тысячелетнего периода средневековья (III—XV вв. н.э.) в Европе наблюдался упадок науки, обусловленный социальными причинами и укреплением господства религии. В странах Востока продолжали развиваться некоторые идеи античных ученых-мыслителей, появились и новые идеи. Так, среднеазиатский ученый-энциклопедист аль-Бируни задолго до Коперника высказал мысль о гелиоцентрическом строении мира.

Многое дали развитию географии и ее отдельных направлений эпохи Средневековья и Возрождения. На грани XV и XVI столетий началась эпоха Великих географических открытий. Благодаря знаменитым путешествиям X. Колумба, Васко да Гама и Ф. Магеллана границы географического кругозора человечества расширились до масштабов всей земной поверхности. Замечательные путешествия совершили русские землепроходцы; они прошли через труднодоступные районы Сибири и в XVII в. вышли к Тихому океану.

Быстрое развитие космологии и небесной механики в XVI— XVII вв. (Н. Коперник, Г. Галилей, И. Кеплер, И. Ньютон) создало базу для теоретического осмысливания накопленных в наблюдениях и путешествиях материалов. Попытка создания научной географии была предпринята голландским географом Б. Варением (1622—1650). Его книга «Всеобщая география» сыграла выдающуюся роль в развитии научной географии. Варений назвал земную поверхность «земноводным кругом», как бы подчеркивая единство суши и океана. Он высказал разумные идеи о внутреннем строении Земли, описал ее внешние оболочки, выделил и охарактеризовал тепловые пояса.

На рубеже XVI и XVII вв. начинают оформляться контуры землеведения. Н.Карпентер (1625) попытался свести воедино сведения о природе Земли. Несколько позже (1650) появился труд Б. Варениуса, который можно считать официальным началом землеведения, где он записал, что «всеобщая география называется та, которая рассматривает Землю вообще, изъясняет ее свойства, не вступая в подробное стран описание». В 1664 г. Р. Декарт дал естественно-научное объяснение происхождения Земли. Он считал, что Солнце и все планеты Солнечной системы образовались в результате вихревого движения мельчайших частиц материи, а при формировании Земли произошла дифференциация вещества на огненно-жидкое металлическое ядро, твердую кору, атмосферу и воду. Этот труд породил много представлений (Т. Барнет, Дж. Вудворд, У. Уистон) о происхождении тел окружающего пространства и поведении земных масс. Возникли гипотеза контракции, базирующаяся на взглядах о сокращении объема планеты по мере ее остывания (Э. Бомон), предположения о зависимости крупных форм рельефа от движений земных масс, представления о непрерывной связи внутренних и внешних сил развития Земли (М.Ломоносов). Впервые были предприняты попытки классифицировать живые организмы (Дж.Рей, К.Линней, Ж.Ламарк), а естественную историю Земли стали рассматривать совместно с живыми организмами, включая человека (Ж.Бюффон, Г.Лейбниц). Значительным шагом в становлении идей развития природы стала гипотеза о происхождении Солнечной системы немецкого философа И. Канта (1724—1804). В которой автор опирался на открытые И.Ньютоном (1686) законы всемирного тяготения и движения материи. Он предложил механическую модель происхождения мира из первоначально рассеянной неоднородной материи путем самопроизвольного усложнения ее структуры. Признавая вечность и бесконечность Вселенной, И. Кант говорил о возможности нахождения в ней жизни. По существу, с И. Канта началось познание истории природы и Земли на строго научной основе. Еще до Канта идеи о развитии природы высказывались русским ученым-естествоиспытателем мирового значения М. В. Ломоносовым (1711—1765). Многие исследователи связывают зарождение современной научной географии с именем выдающегося немецкого ученого А. Гумбольдта (1769—1859). Он ставил задачей географии «...объять явления внешнего мира в их общей связи, природу как целое, движимое и оживляемое внутренними силами». Ему принадлежит утверждение, что география — это не энциклопедическое соединение естественных наук, что «ее последней целью является познание единства во множестве, исследование общих законов и внутренней связи теллурических явлений». Таким образом, Гумбольдт отчетливо осознавал географическое единство земной поверхности, и эту идею он попытался воплотить в своих трудах, в первую очередь в пятитомном фундаментальном труде по сравнительному землеведению (физическому миропониманию в оригинальной редакции) «Космос». Написал о своих путешествиях по Новому Свету в 30 томах. В них он изложил новейшие идеи: ввел понятия «земной магнетизм», «магнитный полюс» и «магнитный экватор», обосновал эволюционные изменения земной поверхности, заложил основы палеогеографии, сравнил фауну Южной Америки и Австралии, установив их связи и различия, исследовал очертания континентов и положения их осей, изучил высоты материков и определил положение центров тяготения континентальных масс. При изучении атмосферы Гумбольдтом были установлены изменения воздушного давления в зависимости от широты и высоты места и времени года, выяснено климатическое распределение теплоты, влажности, воздушного электричества, доказана тесная связь внутриземных и атмосферных процессов, а также взаимозависимость системы атмосфера—океан—суша. Понятие «климат» ученый употреблял в широком географическом понимании как свойство атмосферы, «...сильно зависимое от состояний моря и земли и произрастающей на ней растительности». Он также обосновал зависимость живой природы от климата и заложил основы научной геохимии. С именем К.Риттера (1779—1859) связано становление современной географии. Он показал интегрирующую роль географии в естествознании и познании окружающего мира, сформулировал вполне материалистичный взгляд на природу как совокупность всех вещей, «существующих вблизи и вдали от нас, соединенных временем и пространством в стройную систему», высказал идею равновесия природных процессов и явлений в постоянных круговоротах и превращениях, доказал взаимодействие суши, моря и воздуха в процессе функционирования. В 1862 г. Риттер создал первый курс землеведения (на русский язык переведен в 1864 г.), основой которого он полагал физическую географию, объясняющую силы (процессы) природы.

Оригинальную систему природы Земли ученый рассматривал как своеобразный организованный и постоянно развивающийся единый организм, отличающийся особым строением, законами и механизмами развития. К. Риттер придерживался мнения, что, только опираясь на идею земного организма или целостности Земли, можно представить появление и развитие ее составных частей, понять тайну устройства планеты.

К. Риттер создал научную школу, в которую входили такие крупные географы, как Э.Реклю, Ф.Ратцель, Ф. Рихтгофен, Э.Ленц, внесшие значительный вклад в понимание географических особенностей отдельных частей Земли и обогатившие содержание теоретического землеведения и физической географии.

В XIX в. завершилось изучение основных особенностей устройства земной поверхности. Топографической съемкой были покрыты значительные участки суши. В начале века русскими мореплавателями Ф.Ф. Беллинсгаузеном и М.П. Лазаревым была открыта Антарктида. Более активно стали исследоваться океаны. К середине века относится возникновение океанографии. Значительно расширилась сеть метеорологических и гидрологических станций и постов. Обобщение полученных материалов позволило к концу века в общих чертах представить распределение высот и глубин на земном шаре, механизмы и закономерности атмосферной и океанической циркуляции, поставить вопрос об исследовании теплового и водного балансов земной поверхности и атмосферы.

Вторая половина XIX в. характеризуется новыми разработками в географических науках, из которых появились самостоятельные дисциплины. Наибольшая роль в это время принадлежит российским исследователям А.И. Воейков (1842—1916) известен как основоположник климатологии. Он установил важнейшие факторы образования климата, обосновал энергетический баланс земного шара, объяснил механизм теплопередачи и климатические процессы в различных географических поясах. Взаимосвязь природных явлений исследовалась В.В.Докучаевым (1846—1903). Основным результатом его трудов следует считать разработку понятия «природный комплекс» применительно к почве — самостоятельному естественноисторическому телу и продукту взаимодействия климата, живых организмов и материнских горных пород.

Исследуя почвы и растительность, он ввел понятия «естественные исторические процессы» и «зоны природы», которые легли в основу открытого им закона мировой зональности. Докучаевым сформулирована программа комплексной и единой парадигмы нового естествознания — науки о соотношениях между живой и неживой природой, между человеком и окружающим его миром. Г.Н.Высоцкий (1865—1940) внес существенный вклад в понимание процессов функционирования природных комплексов. Он установил водорегулирующую роль верхнего горизонта почвы, выделил типы почв по характеру водного режима. Ему удалось показать значение леса в гидроклиматических особенностях географической оболочки и его роль как одного из факторов развития географической среды В методическом отношении его исследования обогатили науки о Земле применением пространственно-временных диаграмм для выявления изменений.

Примерно в эти же годы З.Пассарге (1867 - 1958) ввел фундаментальное понятие физической географии — «естественный ландшафт» — территорию, где все компоненты природы обнаруживают соответствие. Он выделил факторы ландшафта, составил ландшафтную классификацию на примере Африки.

В России в эти же годы близкими вопросами занимался Л. С. Берг (1876 - 1950), который обосновал понятие «ландшафтная зона» как совокупность одних и тех же ландшафтов и разработал обоснованное деление территории Сибири и Туркестана, а затем и всего Советского Союза на географические (ландшафтные) зоны. Он утвердил понятие о ландшафте как о закономерном единстве предметов и явлений, где целое влияет на части, а части — на целое. Им были заложены основы ландшафтно-географического районирования с выделением зон и ландшафтов как реально существующих природных образований с естественными границами. Берг сформулировал идею о смене ландшафтов в ходе развития планеты и доказал необратимость этих смен. Географию он считал наукой о географических ландшафтах, придавая ей тем самым страноведческий характер, а землеведение рассматривал как отрасль физической географии.

А.Н.Краснов (1862—1914) известен как основоположник конструктивного землеведения, позволившего ему на этой основе разработать и осуществить мероприятия по преобразованию Черноморских субтропиков. Он создал первый курс «Общего землеведения» (1895—1899), задачей которого было нахождение причинной связи между формами и явлениями, обусловливающими несходство различных частей земной поверхности, а также исследование их характера, распространения и влияния на жизнь и культуру человека. Краснов подчеркивал антропоцентричность географии. Ему принадлежат классификации климатов и растительного покрова Земли, районирование земного шара по типам растительности, исходя из зонально-регионального принципа. К пониманию зональности географических процессов и явлений он подошел до открытия В.В.Докучаевым закона мировой зональности и описаний Л. С. Бергом ландшафтных зон. Оценивая научное наследие А. Н. Краснова, необходимо подчеркнуть, что он был первым исследователем землеведения, который практически воплотил часть своих выводов в переустройстве обширной территории. В отличие от предшественников задачей землеведения ученый считал не описание разрозненных явлений природы, а выявление взаимной связи и взаимообусловленности между явлениями природы, полагая, что научное землеведение интересует не внешняя сторона явлений, а их генезис.

Вслед за учебником А. Н. Краснова было издано «Общее землеведение» А. А. Крубера (1917), где дано понятие «земная оболочка», или «геосфера» (впоследствии разработанное А.А.Григорьевым). Крубер подчеркивал единство всех компонентов географической среды, которые необходимо изучать в целостности. Этот учебник был основным всю первую половину XX в.

Огромное значение для развития землеведения имели работы В.И. Вернадского (1863— 1945), главным образом его учение о биосфере. Введенное им понятие «живое вещество» и доказательство его широчайшего распространения и постоянного участия в природных процессах и явлениях, поставили вопрос о необходимости нового понимания сущности географической оболочки, которую следовало рассматривать как биокосное формирование. Научно-философские рассуждения позволили Вернадскому наряду с другими учеными (Л.Пастером, П.Кюри, И.И.Мечниковым) высказать мнение о космическом происхождении жизни (теория панспермии) и особом характере живого вещества. Биосферу ученый понимал как взаимосвязанную систему живых организмов и среды их обитания. К сожалению, многие взгляды Вернадского, в том Охрана географической оболочки, сохранение ее чистоты для последующих поколений, возможные только объединенными усилиями человечества в условиях мира, стали велением времени.

Наблюдения из космоса помогли глубже понять геологическую структуру земной коры, течения и распределение жизни в океане, динамические явления в атмосфере. Главное же — они убедили в реальности географической оболочки как единого целого, функционирующего в результате взаимодействия литосферы, гидросферы и биосферы.

В современный этап развития общего землеведения существовавшая ранее океанография (в лучшем случае океанология) переросла в физическую географию Мирового океана, связанную с физической географией материков едиными ландшафтно-географическими закономерностями. Установлен планетарный характер срединно-океанических хребтов, выявлены их природа и роль в тектонической жизни земной коры в свете новой глобальной тектоники (тектоники литосферных плит). По-новому, ближе к действительности, стала рисоваться структура океанических течений. Много неожиданных открытий принесло изучение глубоководной фауны, которая оказалась богаче и разнообразнее, чем предполагалось.

Наряду с океаном активному изучению в современный этап подвергся ледовый вариант ландшафтной сферы. На ледниковом щите Антарктиды круглогодично работают научно-исследовательские станции СССР и ряда других государств. В Центральной Арктике дрейфуют начиная с 1937 г. советские станции «Северный Полюс».

С помощью искусственных спутников Земли, пилотируемых станций, метеорологических ракет получены достоверные физические характеристики верхних слоев атмосферы. Здесь обнаруживается целая система экранов, защищающих географическую оболочку от непосредственного воздействия солнечного ветра, рентгеновского и ультрафиолетового излучений, что позволило М. М. Ермолаеву (1969) различать географическое пространство. Верхнюю границу его он проводит у магнитопаузы, на высоте в среднем около 105 км.

Современный этап в развитии общего землеведения совпадает по времени с ландшафтным этапом в развитии физической географии. Ландшафтная теория и учение о географической оболочке достигли такого уровня, что стали оказывать определяющее воздействие на развитие отраслевых географических наук. Начало ландшафтному этапу было положено Первым Всесоюзным совещанием по вопросам ландшафтоведения в 1955 г.

Познание географической оболочки, а тем более географического пространства как целостных систем — задача столь сложная и трудоемкая, что настоятельно потребовала для своего решения объединения усилий ученых разных стран. Международное сотрудничество в этой области впервые было осуществлено путем проведения первого МПГ (Международного полярного года) в 1882—1883 гг., в максимум солнечной активности. В проведении его участвовало 11 стран, вокруг Северного Ледовитого океана было создано 10 станций, из них 2 — Россией. Второй МПГ проведен в 1932— 1933 гг., в минимум солнечной активности. В нем приняли участие 44 страны, организовано свыше 100 станций. С 1 июля 1957 г. начался Международный геофизический год (МГГ), длившийся 30 месяцев. В МГГ участвовало 67 стран, на 4 тысячах станций работали 30 тысяч специалистов в области метеорологии, океанологии, гляциологии, сейсмологии, геомагнетизма. По программе МГГ в СССР работали 500 станций и обсерваторий. Продолжением МГГ можно считать Международные проекты по изучению верхней мантии, литосферы, океана и ледников.

Середина и вторая половина XX в. были особенно наполнены событиями в различных отраслях знаний, которые потребовали качественных изменений во взглядах и суждениях.

Отметим наиболее значимые из них:

 

· поверхности планет и их спутников сложены горными породами основного и ультраосновного состава и испещрены кратерными неровностями — следами падений метеоритов или других космических тел;

 

· на объектах Солнечной системы почти повсеместно отмечены вулканические процессы и льдистые образования, часть из которых может быть замерзшей водой; большинство космических тел имеет

 

· собственную атмосферу со следами кислорода и органических соединений (метан и др.); в космическом пространстве широко распространено органическое вещество, в том числе за пределами Солнечной системы; вокруг Земли существует пылевая сфера — космическая пыль, состоящая из минерального и органического веществ;

 

· живые организмы на Земле обнаружены во всех сферах и различных обстановках: внутри горных пород на удалении от поверхности на тысячи метров, при температуре окружающей среды в сотни градусов по Цельсию и давлении в тысячи атмосфер, в условиях высоких значений радиоактивного и иного излучения, при низких температурах почти до абсолютного нуля, на дне океанов в условиях вулканических извержений (белые и черные курильщики), в различных рассолах, включая металлоносные, в абсолютной темноте и без присутствия кислорода; фотосинтез может проходить без солнечного света (при свете от подводных извержений), а бактерии могут производить органическое вещество за счет химической энергии (хемосинтез); живые организмы чрезвычайно многообразны и сложны по своему строению, хотя и состоят из ограниченного количества биохимических соединений и генетических кодов;

 

· строение коры континентов и дна океанов принципиально различается;

континенты имеют древние (более 3,0 — 3,5 млрд лет) архейские ядра, что свидетельствует о постоянном местоположении их центральных частей и разрастании площадей современных материков главным образом за счет наращивания по периферии более молодых геологических структур; горные породы материков допалеозойского возраста (более 1 млрд лет) в большинстве случаев метаморфизованы;

 

· удельный вес кислорода атмосферного воздуха больше удельного веса фотосинтетического кислорода, что указывает на глубинный источник его происхождения при дегазации вещества мантии; исследование дегазируемого вещества в пределах суши показало присутствие в нем (%) диоксида углерода — около 70, оксида углерода — до 20, ацетилена — 9, оксида серы — 3,7, метана — 2,1, доля азота, водорода и этана не превышает 1 %;

 

· в толщах Мирового океана происходит повсеместное перемешивание вод в виде восходящих и нисходящих потоков, разнообразных многоярусных течений, вихрей и др.;

 

· взаимодействие океана и атмосферы носит более сложный характер, чем предполагалось ранее (например, Эль-Ниньо и Ла-Нинья);

 

· природные катастрофы приводят к перемещению огромных масс вещества и энергии, что превышает эффект антропогенного воздействия на окружающую среду.

 

Новые данные убеждают в необходимости их учета при совершенствовании теоретических основ современного землеведения. Задача огромная, но посильная для исследователей XXI века. Следует максимально учитывать имеющиеся факты, интерпретируя их не только с позиций сегодняшних условий на поверхности Земли и прогрессивно-эволюционной направленности формирования геосистем, но и возможности иного пути развития (в частности направленно скачкообразного, эволюционно-катастрофического).

 

Структура Вселенной

 

Вселенная — это окружающий нас материальный мир, безграничный во времени и пространстве. Границы Вселенной скорее всего будут раздвигаться по мере появления новых возможностей непосредственного наблюдения, т.е. они относительны для каждого момента времени. Следовательно, можно сказать, что Вселенная это часть материального мира, доступная изучению естественнонаучными методами.

Вселенная является одним из конкретно-научных объектов экспериментального исследования. Предполагается, что фундаментальные законы естествознания верны для всей Вселенной. Вселенная — это нестационарный объект, состояние которого зависит от времени. Согласно господствующей теории, в настоящее время Вселенная расширяется: большинство галактик (за исключением ближайших к нашей) удаляются от нас и друг относительно друга. Скорость удаления (разбегания) тем больше, чем дальше находится галактика — источник излучения. Эта зависимость описывается уравнением Хаббла:

v = HR,

где v — скорость удаления, км/с; R — расстояние до галактики, св. год; Н — коэффициент пропорциональности, или постоянная Хаббла, Н= 15*10в-6 км/(ссв. год). Установлено, что скорость разбегания возрастает.

Одним из доказательств расширения Вселенной служит «красное смещение спектральных линий» (эффект Доплера): спектральные линии поглощения в удаляющихся от наблюдателя объектах всегда смещаются в сторону длинных (красных) волн спектра, а приближающихся — коротких (голубых).

Спектральным линиям поглощения от всех галактик присуще смещение в красную сторону, а значит, имеет место расширение. Распределение плотности вещества в отдельных частях Вселенной различается более чем на 30 порядков. Самая высокая плотность, если не принимать во внимание микромир (например, атомное ядро), присуща нейтронным звездам (около 1014 г/см³), самая низкая (10-24 г/см³) — Галактике в целом. По данным Ф.Ю.Зигеля, нормальная плотность межзвездного вещества в пересчете на атомы водорода составляет одну молекулу (2 атома) в 10 см³, в уплотненных облаках — туманностях она достигает нескольких тысяч молекул. Если концентрация превышает 20 атомов водорода в 1 см³, то начинается процесс сближения, перерастающий в аккрецию (слипание).

Изучение распространенности элементов в космосе – довольно сложная задача, так как вещество в космическом пространстве находится в различном состоянии (звезды, планеты, пылевые облака, межзвездное пространство и т.д.). Иногда состояние вещества трудно представить. Например, сложно говорить о состоянии вещества и элементов в нейтронных звездах, белых карликах, черных дырах при колоссальных температурах и давлениях. Тем не менее, науке достаточно много известно о том, какие элементы и в каких количествах есть в космосе.

Из общей массы вещества Вселенной только около 1/10 является видимым (светящимся), остальные 9/10 — невидимое (несветящееся) вещество. Видимое вещество, о составе которого можно уверенно судить по характеру спектра излучения, представлено в основном водородом (80—70%) и гелием (20—30%). В межзвездном пространстве встречаются ионы и атомы различных элементов, а также группы атомов, радикалы и даже молекулы, например молекулы формальдегида, воды, HCN, CH₃CN, CO, SiO₂, CoS и др.

Особенно много в межзвездном пространстве ионов кальция. Кроме него, в космосе рассеяны атомы водорода, калия, углерода, ионы натрия, кислорода, титана и другие частицы. Вселенная заполнена электромагнитным излучением, которое называют реликтовым, т.е. оставшимся от ранних стадий эволюции Вселенной.

В глобальном масштабе Вселенная считается изотропной и однородной. Признаком изотропности, т.е. независимости свойств объектов от направления в пространстве, является равномерность распределения реликтового излучения. Самые точные современные измерения не обнаружили отклонений в интенсивности этого излучения в разных направлениях и в зависимости от времени суток, что одновременно свидетельствует о большой однородности Вселенной.

Другой особенностью Вселенной является неоднородность и структурность (дискретность) в малом масштабе. В глобальном масштабе в сотни мегапарсек вещество Вселенной можно рассматривать как однородную непрерывную среду, частицами которой являются галактики и даже скопления галактик. При более детальном рассмотрении отмечается структурированность Вселенной. Структурными элементами Вселенной являются космические тела, прежде всего звезды, образующие звездные системы разного ранга: галактика — скопление галактик — Метагалактика, Для них характерны локализация в пространстве, движение вокруг общего центра, определенная морфология и иерархия.

Что касается пространства Вселенной, то его неограниченность не вызывает сомнения. Мир – это материя, а материя не может иметь границ в том смысле, что за материальным миром может располагаться нечто нематериальное. И это, разумеется, принципиальный философский вопрос – вопрос о материальном единстве мира. А если говорить о бесконечности или конечности той области материального мира, в которой мы живем, – Метагалактики (астрономы часто называют ее «наблюдаемой», или «астрономической» Вселенной), то в этом случае проблема бесконечности приобретает уже не философский, а чисто естественно-научный характер Изучая Вселенную, астрономы на основе данных наблюдений строят все более сложные и все более точные модели, способные описать и объяснить все большее число космических явлений. Однако любая такая теоретическая модель – это не сама Вселенная, а только ее приближенное описание, которое по мере развития науки становится все более глубоким и все более близким к реальной действительности.

Современные средства астрономических наблюдений – мощные телескопы и радиотелескопы – охватывают огромную область пространства радиусом около 12 миллиардов световых лет. Как мы уже отмечали, до одной из ближайших к нам галактик – туманности Андромеды – световой луч бежит 2 миллиона лет. А ведь огромный путь от Солнца до окраинной планеты Солнечной системы – Плутона – свет преодолевает всего за пять с половиной часов. Таковы скромные размеры планетной семьи Солнца на фоне гигантских масштабов Метагалактики Галактика Млечного Пути состоит из 1011 звезд и межзвездной среды. Она принадлежит к спиралевидным системам, которые имеют плоскость симметрии (плоскость диска) и ось симметрии (ось вращения). Сплюснутость диска Галактики, наблюдаемая визуально, свидетельствует о значительной скорости ее вращения вокруг оси. Абсолютная линейная скорость ее объектов постоянна и равна 220—250 км/с (возможно, что она возрастает для очень удаленных от центра объектов). Период вращения Солнца вокруг центра Галактики составляет 160—200 млн лет (в среднем 180 млн лет) и называется галактическим годом.

Изучать нашу Галактику необычайно сложно. Это одна из труднейших задач науки. Ведь мы находимся внутри этой Галактики и не можем ни вылететь за ее пределы (чтобы взглянуть на нее со стороны), ни побывать в различных ее точках. Тем не менее, наука преодолевает эти трудности. Тщательно и всесторонне ученые исследуют электромагнитные излучения, приходящие из различных районов Галактики. Но нередко космические события не удается исследовать непосредственно; тогда на помощь астрономам приходит теория. Она связывает воедино результаты многочисленных наблюдений, обобщает их, находит в них определенные закономерности и таким образом восстанавливает недостающие в наших знаниях звенья космических процессов. Вселенная имеет гигантские размеры, а это означает, что для изучения ее объектов необходимо применять другие единицы измерения, отличные от единиц измерения на Земле. Для измерений в космическом пространстве используют:

- световой год, который соответствует расстоянию, которое пройдет свет за один год;

- астрономическая единица – соответствует радиусу орбиты Земли (1 а.е. равна 1,496.1011 км)

- парсек (параллакс-секунда), соответствует расстоянию, с которого радиус земной орбиты виден под углом 1 секунда. Под таким углом однокопеечная монета видна с расстояния 3 км. Самая ближняя звезда от Солнца – это Проксима Центавра находится на расстоянии 1,3 парсека или 4,1.1013 км.

Средняя плотность галактик в наблюдаемой части Вселенной составляет около 3 на 1 кубический миллион парсеков. Типичная скорость движения галактик около 1000 км/сек. Для прохождения расстояния до ближайшей соседки требуется около миллиарда лет. Отсюда видно, что за время существования Вселенной каждая галактика могла испытать, по меньшей мере, одно столкновение с другой галактикой

 

 

Эволюция Вселенной.

В соответствии с моделью расширяющейся Вселенной, разработанной А.А.Фридманом на основании общей теории относительности А. Эйнштейна, установлено, что:

1) в начале эволюции Вселенная пережила состояние космологической сингулярности, когда плотность ее вещества равнялась бесконечности, а температура превосходила 10²⁸ К (при плотности свыше 10⁹³ г/см³ вещество обладает неизученными квантовыми свойствами пространства-времени и тяготения);

2)вещество, находящееся в сингулярном состоянии, подверглось внезапному расширению, которое можно сравнить со взрывом («Большой взрыв»);

3)в условиях нестационарности расширяющейся Вселенной плотность и температура вещества убывают во времени, т.е. в процессе эволюции;

4)при температуре порядка 10⁹ К осуществлялся нуклеосинтез, в результате которого произошла химическая дифференциация вещества и возникла химическая структура Вселенной;

5) исходя из этого Вселенная не могла существовать вечно и ее возраст определяют от 13 до 18 млрд лет.

Стандартная модель эволюции Вселенной предполагает, что начальная температура внутри сингулярности превышала 10¹³ градусов по абсолютной шкале Кельвина. Плотность материи равнялась приблизительно 10⁹³ г/см³. В подобном состоянии неизбежно должен был произойти Большой взрыв, с которым связывают начало эволюции в стандартной модели Вселенной, называемой, поэтому также моделью Большого взрыва. Предполагаемые процессы, проходившие после Большого взрыва, описаны выше. Предполагается, что такой взрыв произошел примерно 20 миллиардов лет назад и сопровождался сначала быстрым, а потом более умеренным расширением и соответственно постепенным охлаждением Вселенной. По степени этого расширения ученые судят о состоянии материи на разных стадиях ее эволюции. Полагают, например, что через 0,01 с после взрыва плотность материи с невообразимо большой величины должна была упасть до 10¹⁰ г/см³. В этих условиях в расширяющейся Вселенной, по-видимому, должны были существовать фотоны, электроны, позитроны, нейтрино и антинейтрино, а также небольшое количество нуклонов (протонов и нейтронов). При этом могли происходить непрерывные превращения пар электрон + позитрон в фотоны и обратно – фотоны в пару электрон + позитрон. Но уже через три минуты после взрыва из нуклонов образуется смесь легких ядер: 2/3 водорода и 1/3 гелия. Остальные химические элементы образовались из этого дозвездного вещества в результате ядерных реакций. В момент, когда возникли нейтральные атомы водорода и гелия, вещество сделалось прозрачным для фотонов, и они стали излучаться в мировое пространство. В настоящее время такой остаточный процесс наблюдается в виде реликтового излучения. Это явление находится в полном соответствии с моделью «горячей Вселенной». Оно сохранилось до наших дней и наблюдается именно как реликт, или остаток, от той весьма отдаленной эпохи образования нейтральных атомов водорода и гелия.

Известный американский астроном К. Саган построил наглядную модель эволюции Вселенной, в которой космический год равен 15 миллиардам земных лет, а 1 секунда – 500 годам. Тогда в земных единицах времени эволюция представится так:

Большой взрыв 1 января 0 час. 0 мин

Образование галактик 10 января

Образование Солнечной системы 9 сентября

Образование Земли 14 сентября

Возникновение жизни на Земле 25 сентября

Океанский планктон 18 декабря

Первые рыбы 19 декабря

Первые динозавры 24 декабря

Первые млекопитающие 26 декабря

Первые приматы 29 декабря

Первые гоминиды 30 декабря

Первые люди 31 декабря примерно в 22 часа 30 мин.

По мере расширения и охлаждения во Вселенной происходили процессы разрушения существовавших раньше симметрий и возникновения на этой основе новых структур. Тот факт, что любая эволюция сопровождаетс<

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: