Тақырыбы: Астрономияның негізгі обьектілері және оларды зерттеу әдістері

Жоспары:

1. Әлемнің қазіргі космологиялық моделі (бейнесі).

2. Галактикалардың құрылысы мен эволюциясы.

3. Жұлдыздардың құрылысы мен эволюциясы.

4. Күн системасының құрылысы мен пайда болуы

 

1. Әлемнің қазіргі космологиялық моделі (бейнесі). Космологияның Әлем жайлы жасаған қорытындылары Әлемнің пайда болу және дамуның моделі деп аталады. Сонда оны неге «модель» дейді? Бұл сұраққа жауап беру үшін оны ғылым заңдылығымен салыстырып көрейлік.

Қазіргі заманғы жаратылыстану тәжірибеге негіздлеген экспериментальдық ғылым болып табылады. Егер зерттеуші құбылыстардың барысы жайлы кез келген уақытта экспери-менттер жасап, оны тікелей бақылай алсақ және осы бақылау-лардың нәтижесі әрдайым бірдейлігін негізгі ала отырып, зерт-телуші құбылыстарға тән жалпы заңдылықты ашсақ, тек сонда ғана зерттеу нәтижесі ғылымы тұрғыдан толық негіз-делді, дәлелденді, дей аламыз.

Ал Әлем құбылыстарын зерттеуге бұл методологиялық ережені қолдануға болмайды, өйткені олар жайлы эксперимент жасау мүм-кін емес. Екіншіден, ғлм жалпы заңдылықтарды ашады, ал Әлем біреу-ақ. Сондықтан Әлемнің пайда болуы және дамуы жайлы жасалған қорытындының ешқайсысын заңдылық деуге болмайды-оларды Әлемнің моделі, яғни түсіндірудің мүмкін бір варианты деп санауға тура келеді.

Әлемнің бірінші космологиялық моделін А. Эйнштейн 1917 ж. Жасады. Ол Ньютондық космологияның механикалық постулат- тарының жарамсыз екенін көрсете отырып, Әлемнің космология-лық моделі жалпы салыстырмалылық теориясына негізделуі тиіс екенін дәлелдеп берді. Эйнштейннің космологиялық моделінде Әлем уақыт жағынан алғанда шексіз, кеңістік жағынан шетсіз. Көп ұзамай голландық астроном Виллем де Ситтер өз моделін ұсынды. 1922 ж. Орыс математигі әрі геофизик А.А.Фридман кеңістікке «кеңейе беретін» Әлем моделін жасады. 1927 ж. Бельгиялық аббат әрі ғалым Ж. Леместр кеңістіктің «кеңеюін» астрономиялық бақылау мәліметтерімен байланыстыра түсіндірді.Ол Әлем аса тығыз массаның Үлкен қопарылысқа ұшырауы негізінде пайда болды деген түсінікті ұсынды. 1929 жылы американдық астроном Э.П.Хаббл галактикалар системасының кеңейетінін, яғни барлық галактикалар бізден алшақтай беретін қозғалысын ашты. Сөйтіп, қорытындысында, Әлемнің кеңею фактісі ғылымы тұрғыдан дәлелденді деп есептелінді.

Әлем модельдерінің қайсысын ең дұрысы дап тұжырым

жасауға қазіргі ғылымның толық дәлелі жоқ, бірақ біздің Әлеміміз кеңейетіні, эволюцияға ұшырайтыны анық болды. Ал Әлемнің кеңею моделінің құрамдас бөлігі -15-20 млрд жылдай бұрын болған зәулім. Үлкен қопарылыс жайлы ұғым. «Алғашындақопарылыс болды. Бірақ ол Жер бетінде біз көріп жүрген бір жерден басталып, содан кейін айналаға кеңінен тарайтын қопарылыстай емес, бірден бүкіл Әлем кеңістігін қамтитын орасан зор қопарылыс; бұл қопарылыс кезінде материяның әрбір бөлшегі басқа бөлшектерден ажырап, бір-бірінен алшақ кетуге тырысады» (Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. М., 1981, с.30).

Жаратылыс зерттеуші ғалымдар үшін ең қиын мәселе Әлемнің пайда болуы мен эволюйиясы: ол иеден және қалай пайда болды? – деген сұрақ. Бұл мәселе жайлы толып жатқан көзқарастарды топтастыра келгенде, мынадай екі негізгі концепцияны атап көрсетуге болады: бірі материяның өздігінше ұйымдасу (түзілуі) концепциясы, екіншісі – креационизм (жаратушыны мойындау) концепциясы.

Синергетикалық деп аталатын өздігінше ұйымдасу концепция бойынша материалдық Әлем өздігінше өмір сүріп, дамушы бірден-бір шындық болып табылады, одан басқа ешқандай шындық жоқ. Бұл концепция материалдық системалар барған сайын күрделі құрылымдардың түзілу бағытында дами отырып, өздігінше реттеледі, сондықтан Әлемнің даму мақсаты жайлы мәселе көтерудің өзі орынсыз деп есптейді.

Креационизм, яғни жаратудың мойындау концепциясы Әлемнің пайда болуы мен дамуы материалдық дүниеден жоғары тұрған бір күш белгілеген программаның жүзеге асуымен байланысты деп түсіндіреді. Бұл бағытты ұстаушы таза діни-идеалистік көзқарас бойынша Құдай дүниенің бәрін жоқтан деп түсіндіріледі. Классикалық физика тұжырымдаған материя мен энергияның сақталу заңы бар екенін білетін діни философтар діни кітаптардағы «жоқтан жасау» ұғымы төңірегінде пікір таласын тудырып, олардың кейбіреулері ғылымды «құрметтеген» болып, ол ұғым алғашқы ретсіз материалдық дүниені құдайдың ретке келтіруін білдіреді деп түсіндіреді.

Креационизм концепциясын ұстанушы физик ғалымдар да бар. Олар теориялық физиканы дамытудың қажеттігі білім мен діни сенім салаларында қол жеткен барлық жетістіктерді біріктіріп, ұштастыратын дүниенің біртұтас ғылымы-діни көрінісін (картинасын) жасауды талап етеді деп дәлелдемекші болады. Бұған қосымша дәлел ретінде олар ағылшын астрофизиктері Б.Карр мен Рисс тұжырымдаған антропогенез принципін келтіреді. Әлемнің дамуы қарапайым системалардан әлдеқайда күрделі де информация қабылдағыш системаларға өту барысында тіршіліктің және адамның шығуы үшін қажетті жағдайлар жасады. Олай болса, Әлемнің физикалық құрылымы тіршіліктің шығуы бағытында алдын ала программаланып қойылған. Космостың (Әлемдік) эволюцияның түпкі мақсаты -Жаратушының ақыл-ойына сәйкес Әлемде адамның пайда болуы.

Материалист-физиктер дүниенің жоқтан жасалу мүмкіндігін теріске шығарады, өйткені олардың латын тілінен алып қолданған «vacuum» деген термин-сөзі ештеңе жоқ бос кеңістікті білдірумен бірге кванттық физикада «орыс» деп аталатын кванттық бөлшекті де білдіреді екен. Олай болса, ол материяның ерекше бір түрін білдіреді.

Қазір теоретик-физиктердің басым көпшілігі Әлемнің пайда болуы мен эволюциясы проблемасында «Ұлкен қопарылыс» теориясын жақтайды. Бұл теория бойынша, қопарылыстан кейін элементтар бөлшектердің қатты да емес, сұйық та емес, орташа бір күйі – қойыртпақ плазмалар түзіледі. Сол плазмалар қопарылыс толқындарының әсерінен барған сайын кеңейе берген. Үлкен қопарылыс басталғаннан кейін 0,01 сек. өткен соң Әлемде жеңіл ядролар қоспасы (2/3 сутегі және 1/3 гелий) пайда болады да, содан кейін қалған басқа элементтер пайда болады. Әлемнің аса ұсақ атомішілік бөлшектерінен бастап, аса зәулім галактикалық құрылымдар жиынтығына дейін барлығына структуралық байланыс тән. Әлемнің қазіргі құрылысы-космос эволюциясын нәтижесі – сол эволюциясының барысында қалып-тасты: алғашқы галактикадан –басқа галактикалар, алғашқы жұлдыздардан – қазіргі жұлдыздар, алғашқы планеталық тозаңдар бұлтынан – планеталар, оның ішінде жер түзілді, қалыптасты.

2. Қазіргі ғылымның мәліметтеріне қарағанда, галактика дегеніміз көптеген жұлдыздар мен тұманданған денелердің шоғырланған құрылымынан тұратын аса үлкен система екен. Формасы жағынан галактикалар шартты түрде үш типке: эллипстік, спираль тәріздес және дұрыс емес галактикаларға бөлінеді екен.

Астрономиялық бақылауларға қарағанда, галактикалардың ядроларынан үздіксіз сутегі бөлініп шығады екен. Сөйтіп, галактикалардың ядролары Әлемді құратын негізгі материал болып табылатын сутегін өндірудің «фабрикасы» екен. Атомның ядросы ьір протоннан тұратын және ядросының орбитасы бір электроннан тұратын сутегі жүлдыздарда үздіксіз жүріп жататын атомдық реакциялардың нәтижесінде күрделі атомдардың түзілуінің негізгі «кірпіші» болып табылады. Жұлдыздардың мқлшері түрліше болатыны да кездейсоқ емес, өйткені жұлдыздардың массасы неғұрлым үлкен болса, оның ішінде түзілетін атом да соғұрлым күрделі болады екен.

Біздің Күніміз – қатардағы бір жұлдыз – сутегінен тек гелийді ғана шығарады (ал гелий галактикалардың ядросын құрайды). Аса үлкен жұлдыздар тірі организмдерді құратын көміртегін шығарады. Галактикалар мен жұлдыздардың не үшін керек екендігі міне осыдан-ақ көрініп тұр.

Ал Жер не үшін керек? Ол адам өмірінің тіршілігі үшін қажетті заттардың бәрін шығарады. Ал адам не үшін өмір сүреді: бұл соңғы сұраққа ғылым әлі нақты жауап бере алмайды, бірақ бізді осы сұрақтың төңірегінде ойланып- толғануға итермелейді.

Әлемнің пайда болуына қатысты тағы бір маңызды мәселе –галактикалардың түзілуі мен құрылысы жайлы проблемалар. Бұл мәселе-проблемамен тек космология ғана айналыспайды, сондай-ақ космогония да, яғни космостағы денелер мен олардың системасының түзілуі, даму мәселелерін зерттейтін ғылым да айналысады.

Галактика дегеніміз жұлдыздар мен олардың системаларының аса мол шоғырланған жиынтығы. Олардың өз орталығы (ядросы) және жоғарыда айтқандай түрлері болады. Галактикалар миллиардтап саналады, ал олардың әрқайсысының системасына кіретін миллиардтаған жұлдыздар болады.

Біздің галактикамыз «Құс Жолы» деп аталады. Оның құрамында 150 миллиардтай жұлдыздар бар. Ол ядродан және бірнеше спираль тәріздес тармақтан тұрады. Рның мөлшері (өлшемі) – 100 мың жарық жылы. Біздің галактиканың жұлдыздарының көпшілігі қалндығы 1500 жарық жылындай болатын зәулім «дискте» шоғырланған. Галактиканың орталығынан 30 мың жарық жылындай қашықтықта Күн орналасқан.

Біздің галактикаға ең жақын қашықтықта (оған дейін жарық 2 млн жыл жүреді) «Андромед тумандығы» бар. Оның бұлайша аталу себебі – 1917 жылы Андромед жұлдыздар тобынан алғашқы біздің галактикадан тыс объект ашылған болатын – оның басқа галактикаға жататындығы спекторлық анализ жолымен дәлелдеді. Кейіннен басқа да бөтен галактикалық жұлдыздар ашылды.

Ал 1963 жылы квазарлар деп аталатын жұлдыздар радиокөзі ашылды. Олар - Әлемдегі радиолық сәулелендірудің ең қуатты көзі. Квазарлар жаңа галактикалардың ядросы болуы мүмкін деген ғылыми жорамал, олай болса, галактикалардың түзілуі процесі қазір де жүріп жатыр деген сөз.

3. Жұлдыздардың құрылысы мен эволюциясы. Әлемнің қазіргі эволюйиясы кезінде ондағы заттар негізінен жұлдыз күйінде өмір сүреді. Біздің галактикадағы заттардың

97% жұлдыздарда шоғырланған,қозғалыс сипаты түрліше аса зәулім плазмалық құрылымдар.Ал көптеген басқа галактикаларда жұлдыздық субстанция,яғни заттың массасы 99.9 проценттен астам дейді ғылым.

Жұлдыздардың пайда болуы жайлы екі негізгі концепция бар.Бірінші Күн системасының пайда болуының небулярлық

(латынша nebula туман деген сөзден шыққан) моделіне негізделеді.Бұл концепцияны алғаш ұсынған неміс философы И.Кант және француз физик математигі П.Лампас барлық жұлдыздар мен планеталар бүкіл әлемдік тұманданған тозаңдардың айналмалы қозғалысқа келіуінің нәтижесінде,

пайда болған дейді.

Үлкен қопарылыс және кеңеюші әлем моделін мойындау аспан денелерінің түзілу моделін айтарлықтай өзгертті. Бұл модельді жақтаушылар галактикалар, жұлдыздар мен планеталар гиперон деп аталатын ең ауыр элементар бөлшектерден тұратын аса тығыз, галактикалардың ядросында болатын заттардан түзілген деген гипотезаға келді. Бұл екі гипотезаның қайсысы ақиқатқа жақын екенін жаратылыстанудың болашақ дамуы көрсетеді.

Барлық аспан денелерін өздері жарық (энергия) шығаратындар, яғни жұлдыздар және өздері жарық шығармайтындар, яғни планеталар, кометалар, метеориттер деп екі топқа бөлуге болады. Жұлдыздардың энергиясы олардың ішінде ондаған миллион градусқа жететін температура жағдайында болатын ядролық процестің нәтижесінде «ондіріледі», осы кезде ядроның ішінде өтімділік қасиеті аса жоғары нейтрино деген ерекше элементтар бөлшек бөлініп шығады.

Жұлдыздар химиялық элементтерді «ондірудің» фабрикасы және жарық пен тіршіліктің қайнар көзі деп саналады. Сонымен бірге бірден бірнеше процесс іске асады: жұлдыздар галактиканың центрін айнала күрделі орбита бойымен қозғалды. Жарқылы мен спектры өзгеретін, (Тау Кита деп аталатын) өзгермелі жұлдыздар да бар, тұрақсыз (жас) жұлдыздар және сондай-ақ жасы 10 млн жылдан аспайтын жұлдыздар тобы (ассоциациясы) болады. Бәлкім, қазіргі кезде солардан аса жаңа жұлдыздар түзіліп жатқан болар.

Ерекше үлкен жұлдыздар – массасы Күннің массасына жақын, қызыл түсті зәулім және ерекше зәулім жұлдыздар, нейтрондық жұлдыздар да бар. Олардың бұлай аталу себебі сол, олар нейтрондардың орасан зор жиынтығынан тұрады.

Кометалар аспан денелерінің қызықты бір түріне жатады. Күн сәулесінің шағылысуы салдарынан кометалардың ядроларынан кометаның дәу басын құратын газдар бөлініп шығады. Күн сәулесінің шағылысуы және күн самалының әсерінен кометаның ұүйрығы пайда болады; оның ұүйрығының ұзындығы кейде млн километрге дейін жетеді. Кометалар онша ұзақ өмір сүрмейді (жүздеген және мыңдаған ғана жыл өмір сүреді).

Аспан былай қарағанда тыныштықта өмір сүретін сияқты. Ал шынында онда ұдайы катасрофалар болып, жаңа және аса жаңа жұлдыздар туып отырады. Ондай қопарылыстар кезінде жұлдыздардың жарығы жүздеген мың есе артады. Эволюциялық дамудың аяғында, сутегінен бәрі жанып біткен кезде, жұлдыз шексіз қысылады да аса тығыз денеге айналады, бірақ массасы бұрынғыша қалаы. Жлыз «ақ карликке», яғни сыртқы бетінен температурасы айтарлықтай жоғары (7000-3000) болғанымен, жарығы Күннің жарығынан көптеген есе төмен жұлдызға айналады. Нейтрондық жұлдыздардың эволюциясының бір сатысы жаңа және аса жаңа жұлдыздардың түзілуі деп жорамалданады: жаңа жұлдыздың көлемі үлкейгенде, ол өзінің газ қабатынан босанады да бірнеше тәулік бойы миллииардтаған күндердің жарығындай энергия бөліп шығарады. Содан кейін өз энергия қорын тауысқан соң жұлдыз күңірттене түседі де жарықтың орнына наз тұманы қалады.

Егер жұлдыздың мөлшері орасан ірі болса, онда оның эволюциясының соңында жарықтар мен бөлшектержұлдыздың бетінен шығысымен-ақ қайта құлап түседі, сөйтіп «қара тесік» түзіледі де одан кейін «ақ тесікке» айналады.

Жұлдыздар шығаратын орасан қуатты энергия жұлдыздардың ішінде болып

4. Күн системасының құрылысы мен пайда болуы. Күн системасы – көлемі мен физикалық құрылысы түрліше аспан денелерінің тобы. Оған Күннің өзімен бірге 9 планета және олардың серіктері, мыңдаған кіші планеталар (астероидтер), жүздеген кометалар мен сан мыңдаған метеориттер жатады. Мәселен, 1979 ж. 34 планета серіктері және 2 мыңдай астериоидтер белгілі еді. Бұл денелердің бәрі Күннің тарту күшінің арқасында бір системаға біріккен. Күн системасы өз құрылыс заңдылықтары бар ретті система болып табылады: Жер планетасының тобына жататын планеталар (Меркурий, Венера, Жер, Марс) және зәулім планеталар (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) болып екіге бөлінеді. Жер тобының планеталары айтарлықтай кіші болады және олар қатты зат-тардан тұрады, ал зәулім планеталардың мөлшері айтарлық-тай үлкен, бірақ олар жұмсақ заттардан тұратындықтан тығыздығы да кем болады. Олардың бетінде бізге үйреншікті қатты және сұйық қабаттар болмайды.

Күн системасының бірлігі барлық планеталар Күнді айналғанда бір бағытта және бір жазықтық бойында қозғала-тындығынан айқын көрінеді. Планеталардың серіктерінің (олардың айларының) көпшілігі өз планеталары-мен бір бағытта айналады. Күн, планеталар, планета серіктері өз осі арқылы айналғанда өз траекториялары бойынша қозғалуына сәйкес айналады. Күн системасының құрылысы да заңды сияқты: Күннен бастап есептегенде әрбір планета өзінен бұрынғы планетадан гөрі шамамен екі есе алыс қашықтыққа орналасқан. Мәселен, Жер Күннен 150 млн км қашықтықта, ал ең алыс орналасқан планета – Плутон 6 млрд км қашықтықта екен.

Күн системасының пайда болуы мен түзілуі жайлы бірыңғай ортақ тұжырым жоқ. Аса көне метеориттердің құрамы бойынша жасалған есептеулерге қарағанда, Күн шамаланады және ол жұлдыздан кейінгі екінші ұрпағы деп есептеледі, яғни Күн системасы газ-тозаң бұлттарының жинақталуының нәтижесінде туған жұлдыздардың бұрынғы ұрпағынан пайда болған деп тұжырымдалады. Ал бұл жағдай Күн системасы жұлдыздар тозаңының кішкентай бір бөлігі ғана деп топшылауға негіз болады.

Ғылымда планеталардың түзілуі жайлы теория құру үшін қажетті мәліметтер өте аз, сондықтан Күн системасының пайда болуы мен тарихи дамуы жайлы жасалған алғашқы гипотезадан бергі 250 жыл ішінде бұл жөнінде көптеген болжамдар ұсынылды, бірақ олардың ешқайсысы ғылыми негізделген теория дәрежесіне көтеріле алмады.

Күн системасының пайда болуы туралы бірінші гипозетаны ұсынған неміс философы И.Кант пен француз математигі П.С.Лаплас болды. Олардың гипотезасы бойынша планеталар ситемасы алғашқы әлемдік тозаңдар тұманының Күннің төңірегінде айналмалы қозғалысқа келуі нәтижесінде тартылыс және тебілу күштерінің әрекетінен пайда болған. Бұдан кейін ағылшын астрофизигі Дж.Х.Джинс, швед астрофизигі Х.Альфвен, ағылшын астрофизигі Ф.Хойл және басқалар ұсынған көптеген гипозеталар болды.

Қазірігі ғылымның топшылауынша, Күн системасының түзілуі кезінде электромагниттік күштер шешуші рөлатқарды деп есептеледі: Күн мен планеталардың түзілуіне негіз болған алғашқы газ бұлттары электромагниттік күштердің әсерінен ионданған газдардан тұрған. Орасан үлкен газ бұлттарының біріге шоғырлануы салдарынан Күн пайда болғаннан кейін одан өте алыс қашықтықта газ бұлттарының үлкен-үлкен бөліктері бөлініп қалады. Гравитациялық күш ол бөлініп қалған бөліктерді Күнге қарай тартады, бірақ Күннің магниттік өрісі оларды кері теуіп тоқтатады. Сөйтіп, гравитациялық және магниттік күштерінің тарту және сыртқа тебудің әсерінен газ қалдықтары шоғырлана бірігіп, нәтижесінде планеталар түзіледі. Ірі планеталар түзілгеннен кейін дәл сол жолмен олардың серіктері (айлары) пайда болады. Күн системасының бұл теориясы да әрине әлі гипотезалық (жорамалдық) деңгейде деп түсіну қажет.

Күн энергиясының көзі неде? – деген сұрақ тууы әбден орын-ды. Күн энергиясының қайнар көзі сутегінің гелийге айналуының термоядролық реакциясында болуы керек деп жауап береді ғылым. Бұған дәлел – бұл элементтердің күн хромосферасында жеткілікті болуы. Ядролық реакция үшін қажетті температураны бірінші болып Артур Эдингтон есептеп шығарды. 1967 ж. Нобель сыйлығына ие болған неміс физигі Ганс Бете Күндегі сутегінің гелийге айналуының термоядролық синтез реакциясын есептеп шығарды, бірақ оның нақты дәлелі әлі жоқ.