Рубрика: Астрономия

  Следующим после первых пилотируемых полетов шагом на пути освоения космоса должно было стать создание на орбите большого орбитального комплекса, на котором можно  было бы проводить различные долговременные эксперименты, и ставшего бы базой для полетов к Луне и планетам. Этот логичный путь развития космонавтики был прерван лунной гонкой двух космических держав, но после её завершения (не в нашу пользу) обе они возвратились на этот путь.          В 1971 году в Советском Союзе была запущена первая в мире долговременная орбитальная станция «Салют». Этот почти 20-ти тонный аппарат был выведен на орбиту новым мощным носителем «Протон». Через несколько суток была произведена стыковка со станцией корабля «Союз-10», но космонавты работой на станции не занимались – этот полет был испытательным для проверки систем сближения и стыковки, он продлился всего сутки.          Следом за ними стартовал «Союз-11», также состыковавшийся со станцией «Салют». Впервые космонавты Г. Т. Добровольский, В. Н. Волков и В.И. Пацаев осуществили переход из корабля в станцию. После расконсервации оборудования они в течение 22 суток находились на станции и провели различные эксперименты (в основном биологические).          На станции находилась первая космическая оранжерея «Оазис-1», гамма – телескоп «Анна» и астрофизическая система телескопов «Орион-1». Чтобы сохранить форму для возвращения на землю после долгого пребывания в невесомости космонавты каждый день занимались физическими упражнениями на специальных тренажерах. Одним словом первая экспедиция на «Салют» стала прообразом современных (и будущих) долговременных полетов на орбитальном комплексе.          К сожалению, эта экспедиция закончилась трагически. Как сказано в сообщении ТАСС: «группа поиска после вскрытия люка обнаружила экипаж… на своих рабочих местах без признаков жизни». Это была самая крупная трагедия в истории нашей пилотируемой космонавтики. Причиной гибели экипажа стала разгерметизация спускаемого аппарата – тогда корабль «Союз» считался абсолютно надежным и космонавты летали в нем без скафандров. После этой катастрофы              старт, стыковка и расстыковка со станцией, посадка выполняются космонавтами только в аварийных скафандрах.          Полет корабля «Союз-12» состоялся только через два года. На его борту было только два космонавта. Полет продолжался  всего два дня. В этом полете проводились эксперименты по съемкам земли из космоса. В том же году экипаж «Союз-13» продолжил астрофизические и биологические эксперименты, начатые на станции «Салют».          В 1974 году возобновились исследования в области орбитальных станций – через 3 года после «Салюта» на орбиту была выведена станция «Салют-3». Спустя 8 дней после вывода станции к ней пристыковался «Союз-14» с космонавтами П.Р. Поповичем и Ю.П. Артюхиным на борту. Космонавты провели в течение 14 дней полета различные медико-биологические эксперименты, и съемку поверхности Земли в различных диапазонах длин волн.          Станция «Салют-3» внешне  почти не отличалась от «Салюта», но мела принципиальные отличия во внутреннем устройстве: в «Салюте» был один большой рабочий отсек, в котором космонавты проводили научные исследования, а также  ели, спали и занимались физкультурой. На «Салюте-3» было сделано целых четыре отсека, соединенных коридором. Такая схема, видимо, оказалась неудачной из-за малого объема каждого отсека, и к ней впоследствии не возвращались. Солнечные батареи «Салюта-3», имели возможность ориентироваться на солнце самостоятельно, без поворота всего комплекса. Это впоследствии также сочли излишним, но, учитывая последние события на станции «Мир», к этой идее возможно ещё вернуться.          Полет «Союза-15» проходил как-то странно – корабль осуществил сближение со станцией «Салют-3», но не состыковался с ней. Посадка через двое суток полета была произведена (впервые) ночью. По официальным сообщениям в этом полете отрабатывались аварийные ситуации, однако, возможно, в полете действительно возникли проблемы, заставившие космонавтов срочно садиться, о чем ТАСС  скромно умолчал.          Первые орбитальные станции и работа космонавтов на них должны были ответить на главный вопрос, от которого тогда зависело все дальнейшее развитие космонавтики – как долго может находиться человек в космосе без вреда для себя, и какие могут быть последствия долгого пребывания в невесомости. Различные медико-биологические эксперименты составляли большую часть исследований на первых двух пилотируемых станциях, продолжились они на «Салюте-4», запущенном в конце 1974 года.          Первая экспедиция на «Салют-4» состоялась в начале 1975 года. Экипаж «Союза-17» в составе А.А. Губарева и Г.М. Гречко провел в космосе более 29 суток, установив, таким образом, новый рекорд. В ходе полета изучалось воздействие невесомости на организм человека. Космонавты испытывали специальные «нагрузочные» костюмы, не дающие ослабнуть мышцам в длительном полете и велоэргометр, позволяющий «держать в форме» сердечно-сосудистую систему. Помимо этого изучались рост и развитие в невесомости простейших организмов, многострадальных дрозофил, лягушек и гороха. С борта станции были проведены также исследования вселенной в рентгеновском и инфракрасном диапазонах, невозможные с земли, исследования солнца с помощью специального телескопа  и спектрометров, а также зондирование верхних слоев атмосферы.          В том же году на станции побывал второй экипаж П.И. Климук и В.И. Севастьянов, прилетевшие на корабле «Союз-18». Их полет был фантастическим (по тем временам) по длительности – 63 дня. Во время полета были продолжены как медико-биологические эксперименты, так и изучение из космоса атмосферы Земли и мирового океана, а также астрофические исследования. О достижениях нашей космической медицины красноречиво говорит тот факт, что уже на следующий день после полета космонавты смогли дать пресс-конференцию (тогда как за 5 лет до этого возвращение на землю после 18 суточного полета Севастьянов и Николаев перенесли очень тяжело, и ни о каких пресс-конференциях не могло быть речи). Космическая медицина до сего дня остается одной из передовых областей науки, в которой наша страна «впереди планеты всей».          Последней станцией первого поколения стала «Салют-5», запущенная в июне 1976 года. На эту станцию были совершены две экспедиции: 49 суточная – Б.В. Волынов и В.М. Жолобов (Союз-21) и 17 суточная – В.В. Горбатко и Ю.Н. Глазков (Союз-24». В ходе этих экспедиций были продолжены биологические, астро- и геофизические исследования, начатые в предыдущих экспедициях. Экипаж «Союза-24» провел также большую работу по съемке из космоса поверхности земли (одно из наиболее  «доходных» практических применений космонавтики в наше время) и эксперименты по выращиванию кристаллов в невесомости (сулящее большие доходы). На станции «Салют-5» впервые была применена гироскопическая система управления ориентации станции.          На этом полеты станций первого поколения были завершены. Свою основную задачу экспедиции на них выполнили – доказали, что человек без ущерба для здоровья может длительное время находиться в космосе. В сентябре 1977 года на орбиту была выведена орбитальная станция нового поколения – «Салют-6». У неё было два стыковочных узла, что позволяло наряду с основными экспедициями организовать экспедиции посещения, а также пристыковывать к станции транспортные …

Читать далее «ОРБИТАЛЬНЫЕ СТАНЦИИ»

Основное население галактик — звезды. Мир звезд необыкновенно разнообразен. Общее количество звезд во Вселенной оценивается в 1022. Различны размеры звезд, их строение, химический состав, масса, температура, светимость и др. Самые большие звезды (сверхгиганты) превосходят размер солнца в сотни и тысячи раз. Звезды-карлики имеют размеры Земли и меньше (около 10 км). Предельная максимальная масса звезд равна примерно 60 солнечным массам, а минимальная примерно 0,03 солнечной массы. Еще большей плотностью обладают нейтронные звезды. Диаметр такой звезды, состоящей главным образом из ядерных частиц — нейтронов, составляет всего около 20—30 км, а средняя плотность вещества достигает 100 млн. т/см3. По существу, нейтронная звезда — это громадное атомное ядро. Нейтронные звезды быстро вращаются, и радиолуч каждой вращающейся звезды регистрирует радиотелескоп как импульс радиоизлучения. Поэтому нейтронные звезды подобного типа называются пульсарами. Звезды в космическом пространстве распределены неравномерно. Они образуют звездные системы: кратные звезды (двойные, тройные и т.д.); звездные скопления (от нескольких десятков звезд до миллионов); галактики — грандиозные звездные системы, в которых содержатся миллиарды и сотни миллиардов звезд. Обычно в галактиках звездная плотность также весьма неравномерна. Выше всего она в области галактического ядра. Большинство звезд находятся в стационарном состоянии, т.е. не наблюдается изменений их физических характеристик. Это отвечает состоянию равновесия. Однако существуют и такие звезды, свойства которых меняются видимым образом. Их называют переменными звездами и нестационарными звездами.  Переменность и нестационарность — проявления неустойчивости состояния равновесия звезды. Переменные звезды изменяют свое состояние (блеск, излучение в различных диапазонах электромагнитных волн, магнитное поле и др.) регулярным и нерегулярным образом. В некоторых случаях нестационарность может быть вызвана взаимодействием с другими звездами, перетеканием вещества от одной близкой соседки к другой. Следует отметить также и новые звезды, в которых непрерывно или время от времени происходят вспышки. При вспышках (взрывах) сверхновых звезд вещество звезд в некоторых случаях может быть полностью рассеяно в пространстве. Звезды являются важнейшими поставщиками энергии электромагнитного излучения во Вселенной. В частности, жизнь на Земле обязана своим существованием энергии излучения Солнца. Звезды, составляющие нашу Галактику, движутся вокруг ее центра по очень сложным орбитам. С огромной скоростью — около 250 км/с — движется в мировом пространстве и наше Солнце, увлекая за собой свои планеты. Солнечная система совершает один полный оборот вокруг галактического центра за время больше 200 млн. лет. _______________________ Звезды образуются из газовых облаков, которые, при определенных обстоятельствах, распадаются на отдельные «сгустки», которые дальше сжимаются под действием собственного тяготения. Сжатию газа под действием собственного тяготения препятствует повышающееся давление. При адиабатическом сжатии должна повышаться и температура — в виде тепла выделяется гравитационная энергия связи. Пока облако разреженное, все тепло легко уходит с излучением, но в плотном ядре сгущения вынос тепла затруднен, и оно быстро разогревается. Соответствующее повышение давления тормозит сжатие ядра, и оно продолжает происходить только за счет продолжающего падать на рождающуюся звезду газа. С ростом массы растет давление и температура в центре, пока наконец последняя не достигает величины 10 миллионов Кельвинов. В этот момент в центре звезды начинаются ядерные реакции, превращающие водород в гелий, которые поддерживают стационарное состояние вновь образовавшейся звезды миллионы, миллиарды или десятки миллиардов лет, в зависимости от массы звезды. Звезда превращается в огромный термоядерный реактор, в котором устойчиво и стабильно протекает, в общем, та же реакция, которую человек пока научился осуществлять только в неуправляемом варианте — в водородной бомбе. Выделяемое при реакции тепло стабилизирует звезду, поддерживая внутреннее давление и препятствуя ее дальнейшему сжатию. Небольшое случайное усиление реакции слегка «раздувает» звезду, и соответствующее уменьшение плотности приводит снова к ослаблению реакции и стабилизации процесса. Звезда «горит» с почти неизменной яркостью. Температура и мощность излучения звезды зависит от ее массы, причем зависит нелинейно. Грубо говоря, при увеличении массы звезды в 10 раз мощность ее излучения увеличивается в 100 раз. Поэтому более массивные, более горячие звезды расходуют свои запасы топлива гораздо быстрее, чем менее массивные, и живут относительно недолго. Время стабильного существования Солнца примерно 10 миллиардов лет, и из этого срока оно прожило пока половину. Стабильность звезды нарушается, когда выгорает значительная часть водорода в ее недрах. Образуется лишенное водорода гелиевое ядро, а горение водорода продолжается в тонком слое на его поверхности. При этом ядро сжимается, в центре его давление и температура повышается, в то же время верхние слои звезды, расположенные выше слоя горения водорода, наоборот, расширяются. Диаметр звезды растет, а средняя плотность падает. Благодаря росту площади излучающей поверхности, медленно растет также ее полная светимость, хотя температура поверхности звезды падает. Звезда превращается в красного гиганта. В какой-то момент времени температура и давление внутри гелиевого ядра оказываются достаточными для начала следующих реакций синтеза более тяжелых элементов — углерода и кислорода из гелия, а на следующем этапе и еще более тяжелых. В недрах звезды могут образоваться из водорода и гелия многие элементы Периодической системы, но только вплоть до элементов группы железа, обладающего наибольшей энергией связи, приходящейся на одну частицу. Более тяжелые элементы образуются в других более редких процессах, а именно при взрывах сверхновых звезд и частично новых, и поэтому в природе их мало. После начала горения гелия расходование энергии идет очень быстрыми темпами. Когда в недрах звезды все ядерные реакции затухают, ничто уже не может препятствовать ее гравитационному сжатию, и оно происходит катастрофически быстро (как говорят, коллапсирует). Верхние слои падают к центру с ускорением свободного падения, выделяя огромную гравитационную энергию. Вещество сжимается. Часть его, переходя в новое состояние высокой плотности, образует звезду-остаток, а часть выбрасывается в пространство в виде отраженной ударной волны с огромной скоростью. Происходит взрыв сверхновой звезды. На какой стадии эволюции звезды остановится сжатие и что будет представлять собой остаток сверхновой, все эти варианты зависят от ее массы. Если эта масса менее 1,4 солнечной, это будет белый карлик, звезда с плотностью 109 кг/м3, медленно остывающая без внутренних источников энергии. От дальнейшего сжатия ее удерживает давление вырожденного электронного газа. При большей массе (примерно до 2,5 солнечной) образуется нейтронная звезда с плотностью примерно равной плотности атомного ядра. Нейтронные звезды были открыты как так называемые пульсары. При еще большей исходной массе звезды образуется черная дыра — безудержно сжимающийся объект, который не может покинуть ни один объект, даже свет. Таким образом, звезды являются не только мощным источником энергии высокого качества, рассеяние которой способствует возникновению сложнейших структур, включающих и жизнь, но и реакторами, в которых производится вся таблица Менделеева — необходимый материал для этих структур.

Солнце возникло вместе с другими телами Солнечной системы из газопылевой туманности примерно 5 млрд. лет назад. Сначала вещество Солнца сильно разогревалось из-за гравитационного сжатия, но вскоре температура и давление в недрах настолько увеличились, что произвольно начали происходить ядерные реакции. В результате этого очень сильно поднялась температура в центре Солнца, а давление в его недрах выросло настолько, что смогло уравновесить силу тяжести и остановить гравитационное сжатие. Так возникла современная структура Солнца. Эта структура поддерживается происходящим в его недрах медленным превращением водорода в гелий. За 5 млрд. лет существования Солнца уже около половины водорода в его центральной области превратилось в гелий. Оно будет продолжать «мирно» излучать следующие 5 миллиардов лет или около того (хотя его светимость возрастет примерно вдвое за это время). Но, в конце концов, оно исчерпает водородное топливо, что приведет к радикальным переменам, что является обычным для звезд, но увы приведет к полному уничтожению Земли (и созданию планетарной туманности). Солнце представляет собой сферически симметричное тело, находящееся в равновесии. Центральная часть Солнца с радиусом примерно 150 000 километров, в которой идут термоядерные реакции, называется солнечным ядром. Условия в солнечном ядре (которое занимает примерно 25% от его радиуса) чрезвычайно экстремальные. Температура достигает 15.6 миллионов градусов Кельвина, а давление — 250 миллиардов атмосфер. Газ в ядре более чем в 150 раз плотнее воды. Ядерные реакции и сопровождающее их энерговыделение наиболее интенсивно происходят близ самого центра Солнца. В ядре скорость вращения Солнца вокруг своей оси значительно выше, чем на поверхности.  Над ядром, на расстояниях около 0,2—0,7 радиуса Солнца от его центра, находится зона лучистого переноса, в которой отсутствуют макроскопические движения, энергия переносится с помощью переизлучения фотонов. Ближе к поверхности Солнца возникает вихревое перемешивание плазмы, и перенос энергии к поверхности совершается преимущественно движениями самого вещества. Такой способ передачи энергии называется конвекцией, а подповерхностный слой Солнца, толщиной примерно 200 000 км, где она происходит — конвективной зоной. Её роль в физике солнечных процессов исключительно велика, так как именно в ней зарождаются разнообразные движения солнечного вещества и магнитные поля. Над конвективной зоной располагаются непосредственно наблюдаемые слои Солнца, называемые его атмосферой. Солнечная атмосфера также состоит из нескольких различных слоев. В строении внешних слоев Солнца выделяют фотосферу, хромосферу и корону. Фотосфера (слой, излучающий свет) достигает толщины ~320 км и образует видимую поверхность Солнца, от которой определяются размеры Солнца, расстояние от поверхности Солнца и т. д. Хромосфера — внешняя оболочка Солнца толщиной около 10 000 км, окружающая фотосферу. Верхняя граница хромосферы не имеет выраженной гладкой поверхности, из неё постоянно происходят горячие выбросы, называемые спикулами. Плотность хромосферы невелика, поэтому яркость её недостаточна, чтобы наблюдать её в обычных условиях. Но при полном солнечном затмении, когда Луна закрывает яркую фотосферу, расположенная над ней хромосфера становится видимой и светится красным цветом. Корона — последняя внешняя оболочка Солнца. Несмотря на её очень высокую температуру, от 600 000 до 5 000 000 градусов, она видна невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения, так как плотность вещества в короне мала, а потому невелика и её яркость. Форма короны меняется в зависимости от фазы цикла солнечной активности: в периоды максимальной активности она имеет округлую форму, а в минимуме — вытянута вдоль солнечного экватора. Почти вся энергия Солнца генерируется в его центральной области, откуда переносится излучением, а затем во внешнем слое — передается конвекцией. Солнце — источник не только света и тепла: его поверхность излучает потоки невидимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также элементарных частиц. Хотя количество тепла и света, посылаемого на Землю Солнцем, на протяжение многих сотен миллиардов лет остается постоянным, интенсивность его невидимых излучений значительно меняется: она зависит от уровня солнечной активности. Наблюдаются циклы, в течение которых солнечная активность достигает максимального значения. Их периодичность составляет 11 лет. В годы наибольшей активности увеличивается число пятен и вспышек на солнечной поверхности, на Земле возникают магнитные бури, усиливается ионизация верхних слоев атмосферы и т. д.

Крупномасштабную структуру нашей Вселенной составляют галактики — гигантские звездные системы. Вся ранняя Вселенная состояла из разреженного вещества (газа), именно космический газ, в основном водород, определяет важнейшие особенности звездных систем. Из этого газа и сейчас рождаются звезды, сотни миллиардов которые образуют нашу галактику. Далекие звездные системы — галактики, а также их скопления являются наибольшими структурными единицами Вселенной, размеры этих скоплений и количество содержащих в них галактик различны. Большие скопления содержат до тысячи галактик и имеют громадные пространственные размеры. Среднее же расстояние между ними примерно в десять раз больше, чем размеры самих этих галактических скоплений. Если рассматривать отдельные области Вселенной, то очевидна их неоднородность. Галактики, собранные в разномасштабные группы и скопления, образуют ячеисто — сетчатую крупномасштабную структуру Вселенной. Помимо однородности крупномасштабная структура Вселенной характеризуется так же изотропностью т.е. независимостью свойств от направления в пространстве. В любой области космоса сходные объекты, например звезды, имеют одинаковые свойства, а их развитие подчинено одним из тем же закономерностям. Тайна появления во Вселенной галактик является самой притягательной в глобальном эволюционизме. Это обусловлено тем, что свойства галактик в огромной мере определяются начальным периодом их жизни. В настоящее время доминирует концепция образования галактик (в том числе нашей Галактики), в которой выделяются следующие активные фазы эволюции. .Вначале сформировалась сферическая газовая подсистема. Этот процесс прошел довольно быстро (по космическим меркам), всего за несколько сотен миллионов лет за счет свободного сжатия (коллапса) холодного пртогалактического газового облака под действием силы гравитации. .По мере сжатия из небольшой части начальной массы газа стали образовываться звезды, протогалактика разогревается от вспышек сверхновых звезд, становится «горячей». Внутреннее давление в ней возрастает, повышая гравитационное притяжение. Процесс сжатия сменяется разлетом протагалактического облака. .Через длительное время внешняя оболочка протогалактики сбрасывается в окружающее космическое пространство, а центральная ее часть начинает сжиматься. В процессе этого нового коллапса (сжатии) газ внутри галактики охлаждается и из отдельных его фрагментов рождаются звезды нового поколения. .Центральная часть галактики сжимается в диск ив дальнейшем идет формирования звезд ее дисковой подсистемы. Помимо всех указанных процессов на всех этапах(фазах) своего образования галактика совершает также вращательное движение вокруг собственной оси. В карликовых галактиках нет горячей фазы, это обусловлено слабостью из гравитационного поля, из-за чего звездообразование и эволюция идут медленно и галактический газ не разогревается до высоких температур. Структура галактик весьма разнообразна, а их количество в пространстве Вселенной, доступно современным телескопам, огромно и составляет сотни миллиардов. Большинство из этого многообразия оказалось возможно объединить в несколько основных типов, т.е. классифицировать. В первые такую классификацию, действующую и поныне, предложил в 1925 году Э. Хаббл. Согласно ей, галактики разделяются на пять основных типов: Эллиптические, линзообразные, обычные спиральные, пересеченные спиральные и неправильные (или иррегулярные). Эллиптические галактики имеют вид эллипсов разной степени сжатия, начиная с шаровидных. Они совершают медленное вращение. Более заметное вращение появляется только у галактик со значительным сжатием. Линзообразные галактики имеют сильносжатое центральное сгущение, похожее на линзу. Спиральные галактики также имеют центральное сгущение, от которого отходят спиральные ветви или рукава. Если у обычных спиральных галактик ветви выходят непосредственно из центрального сгущения, то у пересеченных спиральных галактик они отходят от перемычки, пересекающей это центральное сгущение. Иррегулярные галактики характеризуются колочковатой структурой и не имеют правильной формы. С данной классификацией непосредственно связан и возраст галактик: эллиптические называют ранними, т.к. они возникли на ранних стадиях формирования структуры Вселенной, а следовательно являются самыми старыми. Спиральные же возникли гораздо позже и поэтому считаются более молодыми. Если в старых, эллиптических галактиках процесс звездообразования практически полностью завершился 5-7 млрд. назад, то в молодых спиральных спиральных этот процесс еще интенсивно идет. От типа галактик зависит и их расположение в бескрайних космических просторах. В скоплениях обычно преобладают эллиптические галактики, концентрирующиеся в центре, а спиральные располагаются на периферии (на окраинах). Не все галактики входят в скопления, многие из них разбросаны в космическом пространстве и существуют как бы сами по себе, это в основном спиральные галактики.