Большая Советская Энциклопедия (ВС) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" (читать книги онлайн полностью .txt) 📗
Красное смещение. Закон Хаббла, утверждающий пропорциональность красного смещения спектральных линий (а следовательно, и скоростей удаления внегалактических объектов) расстояниям до них, справедлив лишь для скоростей, малых по сравнению со скоростью света. Внегалактические объекты, удалённые на расстояния более двух миллиардов парсек, также обнаруживают скорости удаления, продолжающие возрастать с увеличением расстояний, но закон простой пропорциональности уже нарушается. Скорости удаления по лучу зрения самых отдалённых галактик, для которых на основе принципа Доплера определены лучевые скорости, близки к половине скорости света. Благодаря большой светимости, квазары могут относительно легко наблюдаться на расстояниях, превосходящих 2 млрд. парсек. Уже зарегистрированы квазизвёздные объекты, у которых смещение линий к красному концу настолько велико, что длины волн их излучения увеличены по сравнению с лабораторными значениями в три и даже почти в четыре раза. Все попытки объяснить красное смещение в спектрах галактик недоплеровскими причинами остались безрезультатными. В настоящее время (70-е гг. 20 в.) аналогичные попытки предпринимаются в отношении красного смещения в спектрах квазаров. Однако анализ полученных результатов показывает, что и эти попытки являются безнадёжными. Более того, тот факт, что красное смещение равно наблюдается у галактик, квазаров и у объектов промежуточных типов (например, N-галактик), убеждает в том, что красное смещение представляет собой проявление крупномасштабных геометрических и кинематических свойств пространства — времени, мало зависящих от физических свойств самих излучающих объектов и в известной степени независимых и от эволюции этих объектов.
Таким образом, наблюдения подтверждают общие основы истолкования красного смещения, которое даётся релятивистской космологией. Однако вопрос о конкретных релятивистских моделях Метагалактики остаётся пока ещё предметом дискуссий.
Возрастные характеристики Вселенной. Открытие многообразных процессов эволюции в различных системах и телах, составляющих В., позволило изучить закономерности космической эволюции на основе наблюдательных данных и теоретических расчётов. В качестве одной из важнейших задач рассматривается определение возраста космических объектов и их систем. Поскольку в большинстве случаев трудно решить, что нужно понимать под «моментом рождения» тела или системы, то, устанавливая возрастные характеристики, имеют в виду две, вообще говоря, различные количественные оценки: 1) время, в течение которого система уже находится в наблюдаемом состоянии (или в состояниях, близких к наблюдаемому в настоящую эпоху); 2) полное время жизни данной системы от момента её появления до разрушения. Очевидно, что эта вторая характеристика, как правило, может быть получена только на основе теоретических расчётов. Обычно первую из указанных величин называют возрастом, а вторую — временем жизни.
Факт взаимного удаления галактик, составляющих Метагалактику, свидетельствует о том, что некоторое время тому назад она находилась в качественно ином состоянии и была более плотной. Наиболее вероятное значение постоянной Хаббла (коэффициента пропорциональности в зависимости, связывающей скорости удаления внегалактических объектов и расстояния до них), составляющее 60 км/(сек·мегапарсек), приводит к значению времени расширения Метагалактики до современного состояния, равному примерно 17 млрд. лет. Такова оценка возраста наиболее крупной системы. Представляется очень естественным, что возраст галактик и отдельных звёзд меньше этой цифры.
Наличие неоднородностей в составе многих галактик свидетельствует о том, что они, несмотря на эффект дифференциального вращения, не достигли полного перемешивания звёзд. Это означает, что каждая галактика совершила не более нескольких десятков оборотов вокруг своей оси. Время одного оборота нашей Галактики вокруг своей оси составляет около 200 млн. лет, у других галактик времена оборота имеют примерно ту же величину. Таким образом, средний возраст галактик оценивается в 10 млрд. лет. Это не означает, конечно, что отдельные галактики или даже группы галактик не могут быть гораздо моложе. Но, вероятно, нет галактик, возраст которых существенно превышает 20 млрд. лет.
Согласно данным внегалактической астрономии, некоторые скопления и группы галактик имеют столь большую дисперсию скоростей своих членов, что силы взаимного притяжения галактик-членов не могут удержать их в скоплениях, такие скопления должны распасться. Период, необходимый для распада, оценивается в большинстве случаев в 1—2 млрд. лет. Однако имеются группы галактик, которые распадутся в более короткие сроки — через 200—500 млн. лет. Так как современная звёздная динамика отвергает возможность формирования скоплений и групп из ранее независимых галактик, приходится допустить, что эти цифры определяют в таких случаях и возраст членов этих групп. Это означает, что среди галактик встречаются иногда очень молодые (по сравнению со средним возрастом) объекты, т. е. что процесс возникновения новых галактик продолжается и на современном этапе развития Метагалактики.
Существующие методы определения возрастных характеристик галактик и скоплений галактик позволяют оценивать продолжительность жизни. Но так как возраст всегда меньше продолжительности жизни, то таким образом получают и значения верхней границы для возраста. Поскольку верхние границы оказываются всегда ниже указанного возраста Метагалактики, то можно утверждать, что возрастные характеристики отдельных членов Метагалактики не противоречат имеющейся оценке её возраста.
Возраст Метагалактики иногда принимают за возраст В., что характерно для сторонников отождествления Метагалактики со В. в целом. Действительно, гипотеза о существовании во В. многих метагалактик, расположенных просто на некоторых расстояниях друг от друга, не находит никаких подтверждений. Однако следует принимать во внимание возможность более сложных соотношений между Метагалактикой и В. в целом и даже между отдельными метагалактиками: в столь больших объёмах пространства принципы евклидовой геометрии оказываются уже неприменимыми. Эти соотношения могут быть сложны и в топологическом отношении. Нельзя исключать и возможность того, что каждая заряженная элементарная частица может быть эквивалентна целой системе галактик, т. е. состоять из такой системы. Возможности таких, более сложных соотношений должны также учитываться космологией. Поэтому ещё преждевременно говорить, что имеются какие-либо данные о возрасте В. в целом.
Для изучения прошлого В. появились новые возможности после открытия квазаров и других квазизвёздных источников. Наиболее удалённые квазары наблюдаются в далёких областях Метагалактики, свет от которых доходит до нас за время около 10 млрд. лет. Таким образом, наблюдая эти космические объекты, можно судить о состоянии упомянутых областей Метагалактики в весьма отдалённом прошлом. Анализ результатов наблюдений указывает на то, что состояние в этих областях Метагалактики в отдалённом прошлом сильно отличалось от состояния, наблюдаемого в современную эпоху вблизи нашей Галактики. Правда, полученных статистических данных ещё недостаточно, чтобы однозначно интерпретировать результаты наблюдений. Можно считать, что в прошлом средняя радиосветимость квазаров была выше современной. Не исключена возможность и того, что в отдалённом прошлом была выше плотность пространственной концентрации квазаров. Однако можно считать доказанным, что Метагалактика действительно эволюционирует, и так называемая «теория стационарной Вселенной» уже почти не находит сторонников.
Жизнь во Вселенной. Поскольку гигантские галактики содержат более 100 млрд. звёзд каждая и поскольку их число в Метагалактике не менее 100 миллионов, то общее число звёзд во В., очевидно, превосходит 1019. Поэтому естественно возникает вопрос о частоте встречаемости органической жизни на планетах, существование которых вокруг этих звёзд считается очень вероятным.
