| туманностей, оказавшихся самостоятельными галактиками, т. е. системами того же порядка, что и наша Галактика. Это позволило поставить вопрос об устройстве Метагалактики как космич. системы более высокого порядка, в к-рую наша Галактика и её соседи входят в качестве отдельных членов. Современные астрономич. инструменты не позволяют достичь пределов Метагалактики, и с достоверностью неизвестно, существуют ли границы у этой системы. Однако инструменты позволяют наблюдать отдалённые члены Метагалактики, находящейся от нас на расстояниях порядка нескольких миллиардов парсек. На ещё более далёких расстояниях могут наблюдаться квазары - открытый в 1963 новый вид космич. объектов. Исключительно большая светимость многих квазаров, являющихся, в отличие от галактик, компактными телами, позволяет обнаруживать их на гораздо больших расстояниях, чем самые большие галактики.
Ограниченность изученной части В. никоим образом не противоречит идее о пространственной бесконечности В. Однако сама постановка вопроса о пространственной конечности или бесконечности В. была связана с классич. представлениями об абсолютном пространстве и об абсолютном времени. Согласно же представлениям совр. физики, пространственный объём, занимаемый любой реальной или воображаемой системой, неодинаков для наблюдателей, движущихся по-разному относительно этой системы. Наряду с расширением границ доступной для наших исследований части В. происходит более детальное и более глубокое изучение относительно близких к нам её областей: уже известно много деталей строения и свойств ближайших к нам галактик и скоплений галактик. Развитие знаний происходит одновременно и вширь, и вглубь. История науки показывает, что ни пространственная отдалённость тех или иных частей В., ни сложный характер причин, лежащих в основе различных явлений во В., не могут исключить возможность их познания. Материалистич. наука, в частности астрономия, убедительно опровергает выводы агностицизма, распространённого в буржуазной философии.
Имеет распространение ряд различных теорий строения В. в целом, основывающихся на предположении, что наблюдаемые свойства той части Метагалактики, в к-рой находится наша Галактика, имеют место повсюду во В., что экстраполированная таким образом Метагалактика исчерпывает всю В. в целом. Такие упрощённые схемы могут представлять ценность для многих конкретных работ, целью которых является изучение свойств больших объёмов Б. Но при этом не следует забывать об условности сделанных предположений. По существу при решении многих простых задач звёздной астрономии также удобно принимать, что Галактика простирается бесконечно далеко. При таком допущении можно получить, напр.,., первые теоретич. представления о распределении звёзд по видимым звёздным величинам или определить закономерности флуктуации яркости Млечного Пути. Однако, допуская бесконечность Галактики при решении конкретной задачи, исследователь понимает условность такого допущения. .Точно так же упомянутые выше теоретич. схемы, основанные на упрощённых предположениях и служащие для частных исследований, нельзя рассматривать как теории В. в целом. Иногда они являются лишь полезными рабочими схемами. Распространение на всю В. свойств той её части, к-рая нами в той или иной степени изучена, противоречит всему имеющемуся опыту исследования В. Известно, что появление новых технич. средств наблюдения, позволяющих существенно расширить пределы доступной наблюдениям области В., влечёт каждый раз за собой открытие качественно новых структурных особенностей. Так, в строении Галактики были обнаружены большие отличия от строения Солнечной системы. Несходство этих систем не ограничивается разными размерами или количествами тел, их составляющих: более существенной является качественная разница в характере подчинения и соподчинения членов внутри каждой из этих систем. В то время как Солнце содержит в себе подавляющую часть массы всей Солнечной системы, в результате чего движения планет определяются в основном его полем тяготения, основная часть массы Галактики распределена среди десятков миллиардов звёзд, и гравитационное поле определяется прежде всего действием всей этой совокупности звёзд. Такое же качественное различие структур обнаруживается при переходе от Галактики к Метагалактике.
Поскольку в иерархии изученных космич. систем самое высшее положение занимает Метагалактика, то, говоря о наиболее общих или наиболее крупномасштабных свойствах В., имеют в виду именно свойства и явления Метагалактики. К 70-м гг. 20 в. коллективным трудом астрономов разных стран установлены следующие важные свойства Метагалактики. 1) Галактики в ней не распределены равномерно: подавляющее большинство их сосредоточено в скоплениях и группах галактик. Наша Галактика входит в относительно бедную по числу членов Местную группу галактик. 2) Имеет место закон взаимного удаления галактик со скоростями, приблизительно пропорциональными их взаимным расстояниям (закон Хаббла). Так, галактики, находящиеся друг от друга на расстоянии в десять миллионов парсек, удаляются друг от друга со скоростями около 600 км/сек. Это расширение в соответствии с принципом Доплера вызывает наблюдаемое красное смещение спектральных линий в спектрах галактик. Всё это грандиозное явление часто называют расширением Вселенной. 3) В диапазоне миллиметровых радиоволн наша часть В. равномерно заполнена радиоизлучением, плотность к-рого соответствует излучению абс. чёрного тела с темп-рой ЗК. Это излучение называют реликтовым, т. к. предполагается, что оно представляет собой остаток излучательных процессов, имевших место в очень отдалённую прошлую эпоху, связанную с началом существования Метагалактики. Указанные три факта лежат в основе многочисленных современных космоло-гич. схем. Однако несомненно, будущая космология, наряду с этими осн. фактами, должна учитывать и много других, более тонких явлений и обстоятельств.
Структурные особенности Вселенной. До сер. 20 в. было принято считать, что подавляющая часть вещества доступной для наших наблюдений части В. сосредоточена в звёздах и только небольшая его доля составляет межзвёздное вещество, планеты, кометы. Однако после установления роли ядер галактик как активных центров галактик и открытия квазаров стало ясно, что во В. существуют тела с массами, превышающими звёздные массы по меньшей мере в миллионы раз и более. Трудно оценить суммарную массу этих звездообразных тел в единице объёма и сравнить её с массой звёзд. Тем не менее нет сомнений, что эти массы играют огромную роль в процессе развития В. Известно, что квазары наиболее высоких светимостей являются по меньшей мере в сотни раз более мощными генераторами лучистой энергии, чем совокупность звёзд самых массивных отдельных галактик. Существенно, однако, что звёзды вместе с межзвёздным веществом и разными мелкими телами образуют звёздные системы, наблюдаемые нами в виде галактик. Утверждение, согласно которому подавляющая часть вещества В. сосредоточена в галактиках, является, по-видимому, довольно точным описанием реальной картины, особенно если принять во внимание, что квазары можно считать предельным случаем галактик с очень яркими ядрами и относительно бедным звёздным населением и что нам известны уже многие объекты, к-рые по своим свойствам являются промежуточными между квазарами и галактиками классич. типов.
Однако галактики являются далеко не самыми крупными структурными единицами наблюдаемой В. Они сосредоточены в скоплениях и группах галактик; изолированные галактики встречаются редко. Тенденция галактик к скучиванию является одним из важнейших структурных свойств В. Ряд исследований позволяет полагать, что существуют системы более высокого порядка, чем скопления и группы галактик: скопления скоплении или сверхскопления галактик. Согласно этим исследованиям, Местная система галактик (включающая нашу Галактику) вместе с обильным галактич. скоплением в созвездии Девы и нек-рыми более близкими группами входит в одно из таких сверхскоплений. Изучение сверхскоплений галактик сильно затруднено вследствие того, что отдельные сверхскопления проектируются на небе друг на друга и разделение их часто не может быть выполнено с достаточной чёткостью. Тем более трудно ответить на вопрос о существовании системы ещё более высокого порядка, чем сверхскопления. Нет оснований утверждать, что сверхскопления распределены во В. равномерно, тем более что наблюдательные данные всегда свидетельствовали о существовании неоднородностей всё больших и больших масштабов. Неоднородность и тенденция к скучиванию являются очень характерными чертами доступной исследованиям части В.
Звёзды и межзвёздное вещество состоят из ионизованных газов; это позволяет сделать заключение, что осн. физич. формой вещества во В. является не твёрдое тело, не жидкость, не нейтральный газ, а плазма, состоящая из ионов и электронов. Однако открытие пульсаров дало первые наблюдательные свидетельства в пользу существования сверхплотных тел, состоящих в основном из вырожденного барионного газа.
Красное смещение. Закон Хаббла, утверждающий пропорциональность красного смещения спектральных линий (а следовательно, и скоростей удаления внегалактич. объектов) расстояниям до них, справедлив лишь для скоростей, малых по сравнению со скоростью света. Внегалактич. 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 к-рых 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 квазязвёздные объекты, у к-рых 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 геометрич. и кинематич. свойств пространства - времени, мало зависящих от физич. свойств самих излучающих объектов и в известной степени независимых и от эволюции этих объектов.
Т. о., наблюдения подтверждают общие основы истолкования красного смещения, к-рое 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 космич. эволюции на основе наблюдательных данных и теоретич. расчётов. В качестве одной из важнейших задач рассматривается определение возраста космич. 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 к-рого 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 теоретич. расчётов. Обычно первую из указанных величин называют возрастом, а вторую - временем жизни.
Факт взаимного удаления галактик, составляющих Метагалактику, свидетельствует о том, что нек-рое 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 внегалактич. 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 ок. 200 млн. лет, у др. галактик времена оборота имеют примерно ту же величину. Т. о., 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 к-рых существенно превышает 20 млрд. лет.
Согласно данным внегалактической астрономии, нек-рые 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, к-рые 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 нек-рых 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. |
