Місце Сонячної системи в галактиці Чумацький шлях. Наше місце у всесвіті Розташування землі у всесвіті
Стародавнім людям Земля здавалася величезною. Адже нікому не вдавалося обійти її пішки чи навіть об'їхати на коні. Тому і філософи давнини, розмірковуючи про влаштування Всесвіту, поміщали Землю до її центру. Усі небесні тіла, гадали вони, обертаються навколо Землі.
У сучасному світі, коли є авіація та космічні кораблі, думка про те, що наша планета зовсім не є центром світобудови, нікому не здається крамольною.
Проте вперше цю ідею висловив ще III столітті до н.е. Аристарх Самоський. На жаль, майже всі праці цього давньогрецького вченого втрачені та відомі нам лише у переказі його сучасника Архімеда. Тому припущення, що Земля обертається навколо Сонця (а чи не Сонце навколо Землі), пов'язують зазвичай з ім'ям польського астронома Миколи Коперника, котрий жив у XV-XVI ст. Коперник розташував відомі йому планети Сонячної системи так: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер і Сатурн обертаються навколо Сонця, а Місяць навколо Землі. Але далі за Сатурном Коперник помістив «сферу нерухомих зірок» — таку собі стіну, що замикає Всесвіт. А припускати, що за нею, Коперник не міг — для цього йому не вистачало даних. Не варто звинувачувати Коперника в короткозорості, адже телескоп, який наблизив до нас далекий космос, вперше використав Галілей лише через сто років. 
Давньогрецький учений Птоломей розробив модель Всесвіту, де Земля перебувала у центрі світобудови, інші ж небесні тіла зверталися навколо неї.
Сучасна наука знає, що наше Сонце - одна з незліченних зірок у Всесвіті, не найбільша, не найяскравіша, не найгарячіша, більше того, Сонце знаходиться далеко від центру нашої Галактики - гігантського скупчення зірок, до яких відноситься і Сонце. І в цьому нам пощастило. Адже інакше на Землю обрушувалися б такі потоки космічних променів, що життя на ній мало б виникло. Навколо Сонця обертаються 9 великих планет, малі планети - астероїди, комети і зовсім дрібні "камінці" - метеорні тіла. Все це разом утворює Сонячну систему. 
За сучасними уявленнями навколо Сонця звертаються 9 великих планет. 4 найближчі до Сонця – невеликі та тверді. Далі лежить пояс малих планет (астероїдів), а за ним – планети-гіганти, які складаються в основному з рідин та газів. Найдальша з відомих планет Сонячної системи — Плутон — до того ж найменша та найхолодніша.
Земля – одна з 9 планет. Не найбільша, але й не найменша, не найближча до Сонця, але й не найдальша. Найбільша планета – Юпітер. Його маса в 318 разів більша за земну. Але у Юпітера немає твердої поверхні, якою можна було б ходити. Найдальша від Сонця планета — Плутон майже 40 разів далі від Сонця, ніж Земля. Його поверхня тверда, ходити по ній було б легко — Плутон менший за Місяць, притягує до себе слабо. Ось тільки холодно там: температура на 200-240°C нижча від точки замерзання води. За таких умов не лише вода, а й більшість газів стають твердими. На Венері, нашій найближчій сусідці, температура вище +450°C. Виходить, що Земля — єдина поки що планета у Всесвіті, придатна для життя.
Від Землі до Сонця близько 150 млн. км. Чи багато це чи мало? Порівняємо цю відстань з розмірами Сонця та Землі. Діаметр Сонця менший приблизно в 100 разів, а діаметр Землі - в 10000 разів. Це означає, що якщо ми зобразимо Сонце гуртком діаметром 1 см (з монету номіналом 1 рубль), то Землю нам доведеться намалювати на відстані 1 м (на іншому кінці великого столу), причому вона буде ледь помітною точною.
Століттями тисячі людей шукали відповідь на фундаментальне запитання: що знаходиться у центрі Всесвіту?
Мешканці Греції у 3 столітті до нашої ери зверталися за пошуком відповіді до нічного неба.
Якщо ми дивимося на небо з землі, то ми в центрі.
Згідно з теорією Аристотеля, вважалося, що світ складається з 4 елементів: земля, вода, вогонь та повітря. Ці елементи знаходяться усередині твердої сфери та пересувають її. Кожну із таких сфер ми спостерігаємо у вигляді зірки. А Всесвіт із усіма її зірками розташований на крайній сфері. Ця теорія справді добре пояснює рух зоряного неба. Подібна думка на Всесвіт проіснувала кілька століть.
У 1543 Коперник запропонував нову модель. На його думку, у центрі Всесвіту знаходиться Сонце. До такої радикальної точки зору спочатку мало хто дослухався. Однак нові наукові відкриття та спостереження на той час стали підтверджувати модель Коперника:
1. Йоганн Кеплер довів, що орбіти не мають ідеальної форми кола.
2. Галілей зауважив, що Місяця Юпітера обертаються виключно навколо Юпітера.
3. Ньютон відкрив закон всесвітнього тяжіння, за яким усі речі притягуються одна одній.
Зрештою було визнано, що Земля перестав бути центром Всесвіту.
В 1580 італійський філософ і мислитель Джордано Бруно висунув гіпотезу про те, що будь-яка зірка може бути Сонцем зі своїми планетами. А Всесвіт насправді нескінченний. Суспільство епохи Відродження дуже різко сприйняло його вчення. За свої переконання Бруно згодом поплатився життям.
Минуло кілька століть і Рене Декард висунув нове вчення, згідно з яким Всесвіт складається з утворень, кожна з яких є сумішшю виворотів і вихорів, із зірками в центрі.
У міру поліпшення телескопів астрономи все більше переконувалися в тому, що Сонце - лише одна з безлічі зірок у Чумацькому шляху. А решта візерунків на нічному небі - це інші галактики, такі ж величезні, як і наш Чумацький шлях. Можливо, ми дуже далекі від центру, всупереч нашим очікуванням.
У 20 столітті астрономи провели наукове дослідження. Вони стежили за туманностями з метою зрозуміти їхній рух. Згідно з ефектом Доплера, для об'єктів, що рухаються в наш бік, буде помічений блакитний спектр, а від нас - червоний. У процесі спостереження з'явився лише червоний колір. Об'єкти з величезною швидкістю рухалися у протилежні сторони.
Це дослідження підтверджує теорію великого вибуху. Згідно з теорією, вся матерія Всесвіту спочатку була стиснута в крапку з нескінченною щільністю. Це був не просто вибух у космосі, це був вибух самого космосу, внаслідок якого відбулося нескінченне розширення матерії. Виходить, що у Всесвіті не може бути центру, оскільки він нескінченний.
Прогрес не стоїть на місці. Те, що сьогодні є істиною, завтра може бути помилкою. Нові відкриття вже змогли перевернути відому віками картину світобудови. І, як виявилося, навіть найшаленіші припущення можуть виявитися вірними теоріями, що наближають нас до розкриття істини.
Великомасштабна структура Всесвіту нагадує систему прожилок і волокон, розділених порожнечами
Великомасштабна структура Всесвіту - космологічний термін, що позначає структуру розподілу речовини у Всесвіті на найбільших.
Прикладом найпростішої структури у космічному просторі є система планета-супутник. Крім двох найближчих до Сонця планет (Меркурій та Венера), решта мають свого супутника, і в більшості випадків навіть не одного. Якщо Землю супроводжує лише Місяць, то навколо Юпітера обертається цілих, хоча деякі з них досить малі. Однак разом із своїми супутниками планети Сонячної системи обертаються навколо Сонця, утворюючи так звану планетну систему.
В результаті спостережень астрономами було виявлено, що більшість інших зірок також входять до складу планетних систем. Водночас самі світила теж часто утворюють системи та скупчення, які назвали зірковими. Згідно з наявними даними, переважна частина зірок складають , або з кратною кількістю світил. У цьому плані наше Сонце вважається нетиповим, оскільки воно не має пари
Якщо ж розглядати навколосонячний простір у більш збільшених масштабах, стає очевидним, що всі зоряні скупчення разом зі своїми планетними системами утворюють зірковий острів, так звану .
Історія вивчення структури Всесвіту
Вперше про ідею великомасштабної структури Всесвіту задумався видатний астроном Вільям Гершель. Саме йому належать такі відкриття як виявлення планети Уран та двох її супутників, двох супутників Сатурна, відкриття інфрачервоного випромінювання та ідея про Сонячну систему крізь космічний простір. Самостійно сконструювавши телескоп і провівши спостереження, він виконав об'ємні підрахунки світил різної яскравості в певних областях небосхилу і дійшов висновку, що в космічному просторі існує безліч зоряних островів.
Пізніше, на початку ХХ століття американський космолог Едвін Хаббл зміг довести приналежність деяких туманностей до структур, відмінних від Чумацького Шляху. Тобто достовірно відомо, що поза нашої галактики також існують різні зоряні скупчення. Дослідження у цьому напрямі незабаром значно розширили наше розуміння Всесвіту. Виявилося, що крім Чумацького Шляху у космічному просторі існують десятки тисяч інших галактик. У спробі скласти якусь спрощену карту видимого Всесвіту вчені натрапили на той примітний факт, що галактики в просторі і становлять інші структури немислимих розмірів.
Згодом вчені виявили, що галактики-одиначки - досить рідкісне явище у Всесвіті. Переважна ж частина галактик утворюють великомасштабні скупчення, які можуть бути різних форм і включати дві галактики або кратне число, аж до декількох тисяч. Крім великих зоряних островів ці потужні зіркові структури включають ще й скупчення газу, розігрітого до високих температур. Незважаючи на дуже низьку густину (у тисячі разів менше, ніж у сонячній атмосфері), маса цього газу може значно перевищувати сумарну масу всіх зірок у деяких сукупностях галактик.
Отримані результати спостережень і розрахунків навели вчених на думку, що скупчення галактик також можуть утворювати інші більші структури. Слідом за цим стали два питання, що інтригують: якщо сама по собі галактика, складна структура, є частиною якоїсь масштабнішої конструкції, то чи може ця конструкція бути складовою чогось ще більшого? І зрештою, чи є межа такої ієрархічної структурності, коли кожна система входить до складу іншої?
Позитивна відповідь на перше питання підтверджується наявністю надскупчень галактик, які в свою чергу переростають галактичні нитки, або як їх називають «стіни». Їхня товщина в середньому близько 10 млн. св. років, а довжина 160 - 260 млн. світлових років. Однак, відповідаючи на друге питання, слід зазначити, що скупчення галактик не є якоюсь відокремленою структурою, а лише більш щільні ділянки галактичних стін. Тому сьогодні вчені впевнені в тому, що саме галактичні нитки (стіни), найбільші космічні структури, вмішайте з війдами (порожнім простором, вільним від зоряних скупчень) формують волокнисту чи пористу структуру Всесвіту.
Становище Землі у Всесвіті
Дещо відходячи від теми, вкажемо становище нашої планети в такій складній структурі:
- Планетарна система: Сонячна
- Місцева міжзоряна хмара
- Галактичний рукав Оріона
- Галактика: Чумацький Шлях
- Скупчення галактик:
- Надскупчення галактик: Місцеве надскупчення (Діви)
- Надскупчення галактик: Ланіакея
- Стіна: Комплекс надскупчень Риб-Кіта
Сучасні результати досліджень стверджують, що Всесвіт складається не менше ніж із 200 мільярдів галактик. Галактичні стіни за своєю природою є відносно плоскими і є стінками «осередків» Всесвіту, а місця їх перетинів і формують скупчення галактик. У центрі цих осередків розташовуються войды (англ. void — порожнеча).
Аналіз сформованої вченими тривимірної моделі розподілу галактик говорить про те, що комірчаста структура спостерігається на відстані більш ніж мільярда світлових років у будь-якому напрямку. Дана інформація дозволяє вважати, що в масштабі кількасот мільйонів світлових років будь-який фрагмент Всесвіту матиме майже однакову кількість речовини. А це доводить, що у вказаних масштабах Всесвіт однорідний.
Причини виникнення великомасштабної структури Всесвіту
Незважаючи на наявність таких масштабних конструкцій, як галактичні стіни і нитки, найбільшими стійкими структурами все ж таки вважаються скупчення галактик. Справа в тому, що відоме розширення Всесвіту поступово розтягує структуру будь-яких об'єктів, і боротися з цією силою може лише гравітація. В результаті спостережень за скупченнями та надскопленнями було виявлено такий приголомшливий ефект як «». Тобто промені, що проходять через міжзоряне простір, викривляються, що свідчить про наявність у ньому величезної невидимої, прихованої маси. Вона може належати різним космічним тілам, що не спостерігаються, проте в таких масштабах найімовірніше належить
Хрест Ейнштейна - гравітаційно-лінзований квазар
Маючи майже однорідне , вчені переконані у цьому, як і речовина у Всесвіті має розподілятися поступово. Але особливість гравітації в тому, що вона схильна стягувати будь-які фізичні частинки в щільні структури, тим самим порушуючи однорідність. Таким чином, згодом після Великого Вибуху незначні неоднорідності у розподілі речовини у просторі стали дедалі більше стягуватися до деяких структур. Їх зростаюча гравітація (через зростання маси обсяг) поступово уповільнювала розширення, доки зупинила його. Мало того, в деяких частинах розширення обернулося в стиск, що і стало причиною утворення галактик та галактичних скупчень.
Така модель перевірялася з допомогою комп'ютерних розрахунків. Враховуючи зовсім незначні флуктуації (коливання, відхилення) в однорідності реліктового випромінювання, комп'ютер прорахував, що такі ж дрібні флуктуації після Великого Вибуху за допомогою гравітації цілком могли породити скупчення галактик і пористу великомасштабну структуру Всесвіту.
Будь-яка людина, навіть лежачи на дивані або сидячи біля комп'ютера, перебуває у постійному русі. Це безперервне переміщення в космічному просторі має різні напрямки і величезні швидкості. Насамперед відбувається переміщення Землі навколо осі. Крім того, відбувається обертання планети навколо Сонця. Але це ще не все. Набагато більші відстані ми долаємо разом із Сонячною системою.
Сонце є однією із зірок, що знаходяться в площині Чумацького шляху, або просто Галактики. Воно віддалено від центру на 8 кпк, а відстань від площини Галактики становить 25 пк. Зоряна щільність у нашій області Галактики – приблизно 0,12 зірок на 1 пк3. Положення Сонячної системи не є постійним: вона знаходиться в постійному переміщенні щодо ближніх зірок, міжзоряного газу, і нарешті навколо центру Чумацького шляху. Вперше рух Сонячної системи у Галактиці було помічено Вільямом Гершелем.
Переміщення щодо ближніх зірок
Швидкість пересування Сонця до кордону сузір'їв Геркулеса та Ліри становить 4 а.с. на рік, або 20 км/с. Вектор швидкості спрямований до так званого апексу - точки, до якої також спрямовано рух інших прилеглих зірок. Напрями швидкостей зірок, зокрема. Сонця перетинаються в протилежній апексу точці, яка називається антиапексом.
Переміщення щодо видимих зірок
Окремо вимірюється пересування Сонця стосовно яскравих зірок, які можна побачити без телескопа. Це показник стандартного пересування Сонця. Швидкість такого пересування становить 3 а. на рік чи 15 км/с.
Переміщення щодо міжзоряного простору
По відношенню до міжзоряного простору Сонячна система рухається вже швидше, швидкість становить 22-25 км/с. При цьому під дією «міжзоряного вітру», який «дме» з південної області Галактики, апекс зміщується в сузір'я Змієносець. Зрушення оцінюється приблизно 50.
Переміщення навколо центру Чумацького шляху
Сонячна система знаходиться у русі щодо центру нашої Галактики. Вона переміщається до сузір'я Лебедя. Швидкість становить близько 40 а. на рік, чи 200 км/с. Для повного обороту потрібно 220 млн. років. Точну швидкість визначити неможливо, адже апекс (центр Галактики) прихований від нас за щільними хмарами міжзоряного пилу. Апекс зміщується на 1,5 ° кожен мільйон років, і здійснює повне коло за 250 млн. років, або за 1 "галактичний рік".
Подорож на край Чумацького шляху
Рух Галактики у космічному просторі
Наша Галактика також не стоїть на місці, а зближується із галактикою Андромеди зі швидкістю 100-150 км/с. Група галактик, до якої входить і Чумацький шлях, рухається до великого скупчення Діви зі швидкістю 400 км/с. Складно уявити, а ще складніше розрахувати, як далеко ми переміщуємося кожну секунду. Відстань ці — величезні, а похибки в таких розрахунках поки що досить великі.
Якщо запитати будь-кого з нас про місце проживання, то відповіддю, швидше за все, буде назва міста чи села, вулиці, будинки, квартири. Може, хтось назве ще країну, чи ще якийсь жартівник скаже, що мешкає він на планеті Земля. Ось так ми й живемо на Землі, і не всі з нас знають, яке місце вона займає в неосяжному Всесвіті.Першим пунктом нашої астрономічної адреси стане наша Земля. Це досить незвичайна планета, яка має унікальний склад атмосфери, величезні океани на своїй поверхні, захищена від зовнішнього випромінювання потужним магнітним полем, озоновим шаром та іоносферою. Земля знаходиться на відстані 1 астрономічної одиниці від Сонця. Неважко здогадатися, що саме поняття «астрономічна одиниця» виникло як деяке еталонне значення. Якщо ж переводити подібну відстань у кілометри, то ми отримаємо відстань максимального віддалення Землі від Сонця – Афелій, що дорівнює приблизно 152 мільйонам кілометрів. Ось так далеко, наша планета розташована від Сонця. Чи таки близько?
Мабуть, все ж таки близько, тому що, наприклад, Плутон, який знаходиться майже на межі нашої Сонячної системи, розташований вже на відстані 12 мільярдів кілометрів, або 80 астрономічних одиниць. Така величезна наша з вами планетарна система. Причому основне місце у ній посідають не планети, а наша Зірка – Сонце, яке становить приблизно 99 відсотків маси всієї Сонячної системи. Неважко порахувати, що всі планети, включаючи як крихітну Землю, а й гіганта Юпітера, становлять менше відсотка її маси. І справді змушує задуматися про наше місце у Всесвіті. У Сонячній системі Земля, незважаючи на всі її особливості, є лише одна з планет Земної групи, куди, крім неї, входить ще Меркурій, Венера та Марс.
Від Сонця до Чумацького Шляху
Але рухатимемося далі – ми зрозуміли, що знаходимося серед планет Земної групи, у Сонячній системі, основу якої складає зірка Сонце. Щоб краще зрозуміти всі масштаби, варто відзначити, що наше Сонечко, яке із Землі виглядає схожим на невеликий яскравий ліхтар, насправді має діаметр, рівний майже 109 діаметрам Землі. «Яке ж Сонце величезне!» – спадає на думку думка. Проте за мірками галактики воно лише звичайний жовтий карлик, дуже маленька і непримітна зірка. Серед яскравого племені зірок існують і колосальні червоні гіганти, які більші за Сонце в тисячі разів. Ось такі масштаби!
Зрозуміло, Сонце теж входить до якоїсь ще більшої системи. І такою системою є наша з вами галактика – Чумацький Шлях. Саме її частина видно в ясну безмісячну ніч, як туманна смуга, що проходить через усі небо. Якщо подивитися на цю смугу в бінокль, то побачимо величезну кількість зірок. І справді, у нашій галактиці, крім Сонця, існує ще близько 200 мільярдів зірок, хоча деякі вчені дотримуються думки, що їх вдвічі більше. Всі ці зірки становлять величезну спіраль, яка обертається довкола свого центру.
Наше Сонце займає в цьому зоряному розсипі далеко не центральне становище, перебуваючи в одній із гілок спіралі – у рукаві Оріона. І, як і мільярди інших світил, обертається довкола центру галактики. При цьому Сонце знаходиться ближче до периферії на відстані близько 26 тисяч світлових літ від цього центру. Тобто, якщо полетіти туди зі швидкістю світла, то пройдуть тисячоліття, перш ніж ми дістанемося ядра Галактики.
Від Галактики до нескінченності
Ось ми дісталися і до величезної галактики Чумацький шлях діаметром 100 тисяч світлових років, яка у вигляді спірального диска, що складається з міріад зірок, мчить крізь простір і час. Але наша галактика не одна у Всесвіті. Їх існує безліч – сучасні астрономи зараз можуть спостерігати 100 мільярдів галактик. Але, мабуть, їх набагато більше.
Наша галактика має сусідів – Велику та Малу Магелланову хмару та галактику Андромеди. Разом зі своїми сусідами Чумацький Шлях входить до місцевої групи Галактик. Крім перерахованих, до неї входить ще близько 50 інших систем.
Місцева група галактик входить, у свою чергу, до надскупчення галактик Діви, яке охоплює галактики в радіусі 200 мільйонів світлових років і містить близько тридцяти тисяч галактик.
Масштаб вражає уяву, вводить у своєрідне благоговіння перед грандіозністю таких систем. Але що далі? Далі ми можемо виділити ту частину Всесвіту, яку ми можемо спостерігати у всі доступні для нас прилади – її називають Метагалактикою. Далі йде вже весь Всесвіт загалом, наявність меж у яких сучасна фізика хоч і визнає, але точне їх визначення поки що знаходиться лише на гіпотетичному рівні.
