Если мы будем знать закономерности эволюционных процессов, то сможем прогнозировать развитие космических явлений и будущие состояния космических объектов, исходя из их современных состояний. А это задача, имеющая не только чисто теоретическое, но и огромное практическое значение: ведь в физическом отноше­нии мы сами являемся частью Вселенной и наше существование тесно связано с “космической обстановкой”.

В современ­ной астрофизике существуют две основные концепции по возникновению и развитию космических объектов. Одна из них, наиболее распространенная, - ее часто называют “классической” - исходит из того, что космические объекты образуются в результате сгущения конденсации рассеянного диффузного вещества - газа и пыли. Согласно другой концепции, разви­ваемой известным советским ученым академиком В. А. Амбарцумяном, космичес­кие объекты возникают в результате распада на части, фрагментации плотных или сверхплотных “прототел”, сгустков “дозвездного” вещества. Какая из этих гипотез более справедлива - покажут будущие исследования.

В 1963 году на очень больших расстояниях от нашей Галактики, на границах наблюдаемой Все­ленной, были обнаружены удивительные объекты, получившие впоследствии назва­ние квазаров. При сравнительно небольших размерах, квазары выделяют колоссальную энергию, примерно в 100 раз превосходящую энергию излучения самых гигантских галактик, состоящих из десятков и сотен миллиардов звезд.

Оказывается, чем дальше от нас находится тот или иной космический объект, тем в более отдаленном прошлом мы его наблюдаем. Это связано с конечной скоростью распространения света. Хотя она и составляет 300 тысяч км/сек. даже при такой огромной скорости для преодоле­ния космических расстояний необходимы долгие годы, десятки, сотни, миллионы и миллиарды лет. Поэтому, глядя на небо, мы видим космические объекты - Солнце, планеты, звезды, галактики в прошлом. Причем различные объекты - в разном прошлом. Например, Полярную звезду - такой, какой она была около шести веков назад.

Все это говорит о том, что излучение квазаров и активность ядер галактик связа­ны со сходными физическими процессами. Однако вопрос о природе этих процессов все еще остается открытым.

Еще один очень интересный вопрос, связанный с изучением Вселенной, - геометрические свойства пространства, его конечность или бесконечность. Эту проб­лему пытались решить еще великие философы древности.

В прошлом понятие Вселенной отождествлялось с понятием материального мира. И когда речь шла о конечности или бесконечности Вселенной, то фактически рассматривался вопрос о конечности или бесконечности материальною мира.

На протяжении истории науки представления о геометрических свойствах про­странства менялись не раз. Аристотель и Птолемей ограничивали мир “сферой непод­вижных звезд”, классическая физика Ньютона, наоборот, приходила к выводу о бес­конечности мирового пространства. И лишь с возникновением теории относитель­ности А. Эйнштейна появилась возможность более глубоко разобраться в существе этой проблемы. Если физика Ньютона рассматривала пространство как простое вме­стилище небесных тел, то А. Эйнштейну удалось вскрыть тесную связь между гео­метрией пространства и материей.

Таким образом, пространство, в котором мы живем, искривлено. А в искрив­ленном мире “неограниченность” и “бесконечность” - не одно и то же. Оказывается, неограниченное пространство, то есть пространство, не имеющее “края”, гра­ницы, в то же время может быть конечным, как бы замкнутым в себе.

Что касается мирового пространства, 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.

Что же касается его конечности или бесконечности, то этот вопрос могут решить только конкретные науки - астрономия и физика.

Современные средства астрономических наблюдений - мощные телескопы и радиотелескопы - охватывают огромную область пространства радиусом около 12 миллиардов световых лет.

Развитие астрономии в XX веке выявило тесную взаимосвязь и взаимозависимость между существованием жизни на Земле и свойствами Вселенной. В физическом отношении человечество является частью Вселенной и подчиняется действующим в ней физическим и другим закономерностям. В частности, само возникновение жизни на Земле обусловлено всем ходом эволюции материи во Вселенной, эволюции, на определенном этапе которой сложились условия, сделавшие возможным образова­ние живых структур.

Таким образом, в широком смысле слова Вселенная является средой нашего обитания. Поэтому немаловажное значение для практической деятельности чело­вечества имеет то обстоятельство, что во Вселенной господствуют необратимые фи­зические процессы, что она изменяется с течением времени. Человек приступил к ос­воению космоса, наши свершения приобретают все больший размах, глобальные и даже космические масштабы. И для того, чтобы учесть их близкие и отдаленные последствия, те изменения, которые они могут внести в состояние среды нашего обитания, в том числе и космической, мы должны принимать во внимание не толь­ко земные процессы, но и закономерности космического масштаба.

Семья Солнца

Солнечная система - это, прежде всего звезда Солнце и девять планет, обращаю­щихся вокруг него. В порядке расстояний от светила, они располагаются следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Три последние планеты с Земли можно наблюдать только в телескопы. Остальные видны как более или менее яркие кружки и известны людям со времен глубокой древности.

Солнце служит центром притяжения не только для девяти больших планет, но и для десятков (а возможно, и сотен) тысяч различных космических тел: планетных спутников, астероидов, комет, а также метеоритов, частиц газопылевой материи, рассеянных атомов различных химических элементов, потоков атомных частиц и т. д.

Солнечная система, таким образом, весьма сложное образование, ряд закономер­ностей которого стал доступен для изучения лишь в последние десятилетия. Огромную роль в их исследовании приобретает сейчас космонавтика - наиболее мощное и перспективное средство познания Вселенной.

Один из центральных вопросов, связанных с изучением нашей планетной систе­мы, - проблема ее происхождения. Как возникла семья небесных тел, обращающих­ся вокруг Солнца? Ответ на этот вопрос имеет не только важное естественнонаучное, но и мировоззренческое, философское значение. На протяжении веков ученые пыта­лись выяснить прошлое, настоящее и будущее Вселенной. Нередко их представления были в той или иной степени связаны с господствовавшими религиозными воззрения­ми. Но еще в глубокой древности зародилась мысль, что мир не был создан никем из богов. Он всегда существовал и будет существовать. Одни миры возникают, раз­виваются, другие - разрушаются и умирают. Земля, как и другие миры, сформиро­валась в результате естественных причин.

Однако такие гениальные догадки настолько опережали эпоху, что не могли быть восприняты современниками. В споре о путях происхождения и развития Зем­ли и планет столкнулись два прямо противоположных и непримиримых суждения о том, что лежит в основе мироздания - дух или вечно существующая мате­рия? Создан ли мир богом, или он существует вечно?

В отличие от идеалистов, утверждающих первичность духа и считающих мир продуктом творения бога, материалисты признают первичность материи. Подтверждая свои выводы практикой исследований и наблюдений, осно­вываясь на повседневном опыте, материалисты доказывают, что все небесные тела, в том числе Земля и планеты, могли возникнуть лишь из других форм материи, то есть, сформировались естественным путем. В наше время все сколько-нибудь значительные космогонические гипотезы являются последовательно материа­листическими.

Важной закономерностью является то, что все планеты движутся вокруг Солнца в одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона) и почти по круговым орбитам.

По своим физическим характеристи­кам планеты образуют две различные группы, отличающиеся размерами, плотностью, химическим составом планет. Одна из них состоит из сравнительно небольших планет земной группы - Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Их вещество отличается высо­кой плотностью: в среднем около 5,5 г/см³, что в 5,5 раза превосходит плотность воды. Другую группу составляют планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти планеты обладают огромными массами. Так, масса Урана равна 15 земным мас­сам, а Юпитера - 318. Все планеты этой группы сравнительно быстро вращаются вокруг своей оси. Сутки на Нептуне длятся, например, 15 часов 48 минут, а на Юпи­тере - всего 9 часов 50 минут. Состоят планеты - гиганты главным образом из водо­рода и гелия, а средняя плотность их вещества близка к плотности воды. Судя по всему, у этих планет нет твердой поверхности, подобной поверхности планет земной группы. Особое место занимает девятая планета - Плутон, - открытая в марте 1930 го­да. По своим размерам она ближе к планетам земной группы. Не так давно астроно­мам удалось обнаружить, что Плутон - двойная планета: она состоит из центрального тела и очень большого спутника. Оба небесных тела обращаются вокруг общего центра масс. Плутон необычен и в другом отношении. В то время как орбиты всех остальных планет лежат приблизительно в одной плоскости, плоскость орбиты Плутона наклонена к ней под уг­лом около 17 градусов.

Согласно современным представлениям, планеты Солнечной системы образова­лись из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Наиболее последовательно такая точка зрения проведена в работах советского уче­ного академика О.Ю. Шмидта.

В основе теории О. Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем объе­динения твердых тел и пылевых частиц. Возникшее около Солнца газопылевое об­лако вначале состояло на 98% из водорода и гелия. Остальные элементы конденсировались в пылевые частицы. Однако беспорядочное движение газа в облаке быстро прекратилось: оно сменилось спокойным обращением облака вокруг Солнца.

Пылевые частицы сконцентрировались в центральной плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого “крити­ческого“ значения, его собственное тяготение стало “соперничать” с тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные пылевые сгуст­ки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобрели почти круговые орбиты и в своем росте начали обгонять другие тела, став потенциальными зародышами будущих планет. Как более массивные тела, новообразования присоединили к себе оставшееся вещество газо­пылевого облака. В конце концов сформировалось девять больших планет, движение которых по орбитам остается устойчивым на протяжении миллиардов лет.

Таким образом, почти круговые орбиты планет явились результатом осредне­ния орбит тел, объединившихся в планеты. Деление планет на две группы связано с тем, что в далеких от Солнца частях облака температура была низкой и все веще­ства, кроме водорода и гелия, образовали твердые частицы. Среди них преоблада­ли метан, аммиак и вода, определившие состав Урана и Нептуна. В составе самых массивных планет - Юпитера и Сатурна, кроме того, оказалось значительное коли­чество газов. В области планет земной группы температура была значительно выше, и все летучие вещества (в том числе метан и аммиак) остались в газообразном состоянии и, следовательно, в состав планет не вошли. Планеты этой группы сфор­мировались в основном из силикатов и металлов.

Научная теория происхождения Солнечной системы подтверждается многочис­ленными наблюдениями. Однако сейчас еще нельзя сказать, что процесс об­разования планет досконально изучен.

Центральное тело нашей планетной системы - Солнце. Оно могучий ис­точник энергии: ежесекундно наше светило излучает такое количество тепла, кото­рого вполне хватило бы, чтобы растопить слой льда, окружающий земной шар, тол­щиной в тысячу километров.

Ученые давно задумывались над тем, каким образом Солнце восполняет запасы своей энергии, столь щедро излучаемой в мировое пространство. На первых порах наиболее естественным считалось предположение, что энергия нашего дневного светила не пополняется. Но в таком случае температура Солнца должна была бы заметно понижаться (по расчетам, на 2 процента в год), а следовательно, непрерывно уменьшалось бы количество тепла и света, получаемых Землей. Между тем измере­ния, проводившиеся на протяжении ряда лет на специальных горных станциях, говорят о том, что поток светового и теплового излучения Солнца практически не меняется. А это означает, что энергия нашего светила постоянно пополняется из какого-то источника.

В свое время высказывалось предположение, что таким источником может слу­жить непрерывное сжатие Солнца, происходящее под действием сил тяготения. Так действительно могло бы происходить, но тогда источника тепла и света хватило бы всего на 20 миллионов лет. Между тем геологические данные убедительно свидетель­ствуют, что наша планета существует не менее 5 миллиардов лет. Возраст Солнца, следовательно, по крайней мере не ниже этой цифры.

В настоящее время можно считать доказанным, что в недрах Солнца при огром­нейших температурах - порядка миллионов градусов - и чудовищных давлениях протекают так называемые термоядерные реакции, которые сопровождаются выде­лением огромного количества энергии. Термоядерная реакция в недрах Солнца будет происходить до тех пор, пока не иссякнут запасы водорода. В настоящее время они составляют около 60% массы Солнца. Такого резерва должно хватить по меньшей мере на несколько де­сятков миллиардов лет. Следовательно, человечество на долгие времена обеспечено солнечным теплом и светом.

Наше Солнце - источник не только света и тепла: его поверхность излучает по­токи невидимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также корпускул - заряженных частиц вещества. Воздействие этих излучений на характер процессов в земной атмосфере было замечено уже много лет назад. Но изучение их по-настоя­щему началось лишь в последние годы. Хотя количество тепла и света, посылаемого на Землю Солнцем, на протяжении многих сотен миллионов лет остается постоян­ным, интенсивность его невидимых излучений значительно меняется: она зависит от уровня так называемой солнечной активности.