Най-важното от урока
Структура: Вселената е организирана йерархично (звезди → галактики → купове → свръхкупове) и е еднородна в голям мащаб.
Разширение: Всички галактики се отдалечават една от друга според Закона на Хъбъл (\(v = H \cdot r\)). Това разширение се ускорява.
Състав: Вселената е съставена предимно от тъмна енергия (~71%), която причинява ускореното разширение, и тъмна материя (~24%), която има гравитационно въздействие. Обикновената материя е по-малко от 5%.
Разширение: Всички галактики се отдалечават една от друга според Закона на Хъбъл (\(v = H \cdot r\)). Това разширение се ускорява.
Състав: Вселената е съставена предимно от тъмна енергия (~71%), която причинява ускореното разширение, и тъмна материя (~24%), която има гравитационно въздействие. Обикновената материя е по-малко от 5%.
Вселената е всичко съществуващо. Под действието на гравитацията обектите се организират в йерархична структура: звезди, галактики, купове от галактики и свръхкупове от галактики, които са най-големите структури.
Нашата Слънчева система е част от галактиката Млечен път. Млечният път е част от Местната група галактики, която пък е част от по-голям свръхкуп.
Коя сила е отговорна за обединяването на звездите в галактики и на галактиките в купове?
Отговор: Гравитацията (гравитационните сили).
Въпреки че в по-малък мащаб Вселената изглежда нееднородна, в много голям мащаб (над 300 млн. светлинни години) тя е еднородна. Това означава, че разпределението на галактиките е равномерно и Вселената няма център или периферия.
Ако разгледаме два много големи, но еднакви по обем куба в различни части на Вселената, какво можем да очакваме относно броя на галактиките в тях?
Отговор: Поради еднородността на Вселената в голям мащаб, можем да очакваме, че и в двата куба ще има приблизително еднакъв брой галактики.
Астрономът Едуин Хъбъл открива, че всички галактики се отдалечават една от друга, което означава, че Вселената се разширява.
Закон на Хъбъл: Скоростта \(v\) на отдалечаване на една галактика е правопропорционална на разстоянието \(r\) до нея.
\[ v = H \cdot r \] Където \(H\) е константата на Хъбъл, \(H \approx 21,10 \, \text{km/(s} \cdot \text{ly)}\).
Изчислете с каква скорост се отдалечава от нас галактика, намираща се на разстояние 500 светлинни години.
Прилагаме закона на Хъбъл:
\[ v = H \cdot r = 21,10 \, \text{km/(s} \cdot \text{ly)} \cdot 500 \, \text{ly} = 10\,550 \, \text{km/s} \]
Отговор: Галактиката се отдалечава със скорост \(10\,550 \, \text{km/s}\).
Тъмна материя: Невидима материя, която не излъчва светлина, но има гравитационно въздействие. Нейното съществуване обяснява аномалии в движението на звезди и галактики.
Тъмна енергия: Хипотетична форма на енергия, която действа като антигравитация и причинява ускореното разширение на Вселената.
Според съвременните модели съставът на Вселената е:
- Тъмна енергия: ~71.4%
- Тъмна материя: ~24%
- Обикновена материя (атоми): ~4.6%
Кой компонент на Вселената е отговорен за ускореното ѝ разширение?
Отговор: Тъмната енергия.
Задачи за упражнение
Лесна: Кои са трите основни компонента, изграждащи масата-енергия на Вселената?
Отговор: Тъмна енергия, тъмна материя и обикновена (атомна) материя.
Средна: Астрономи наблюдават галактика, която се отдалечава със скорост 42 200 km/s. На какво разстояние в светлинни години се намира тя?
Използваме закона на Хъбъл \(v = H \cdot r\), като го преобразуваме за намиране на разстоянието: \(r = \frac{v}{H}\).
\[ r = \frac{42\,200 \, \text{km/s}}{21,10 \, \text{km/(s} \cdot \text{ly)}} = 2000 \, \text{ly} \]
Отговор: Галактиката е на разстояние 2000 светлинни години.
Трудна: Защо казваме, че Вселената е едновременно нееднородна и еднородна? Обяснете в какъв смисъл е вярно всяко от твърденията.
Отговор: Вселената е нееднородна в малък мащаб, защото материята е струпана в звезди, галактики и купове от галактики, с големи празни пространства между тях. В същото време тя е еднородна в много голям мащаб (стотици милиони светлинни години), защото ако разгледаме достатъчно голям обем, средната плътност на материята и броят на галактиките са еднакви навсякъде.
