Реферат: Кругооборот материи во Вселенной

Паршаков Евгений Афанасьевич

Если масса небесных тел Солнечной системы со временем увеличивается, то можно, очевидно, утверждать, что увеличивается масса и всех других небесных тел Галактики, а также и других галактик. Но если масса всех звезд возрастает, хотя и периодически, во время галактических зим, и медленно, и если небесные тела увеличиваются, главным образом, за счет диффузной материи, то диффузная материя была давно бы вычерпана и присоединена к звездам и другим небесным телам, если бы она не пополнялась посредством какого-то механизма.

Должен существовать механизм кругооборота материи во Вселенной, который бы поддерживал равновесие между звездной, планетно-кометной и диффузной формами материи, и такой механизм существует. Но здесь снова полезно сделать небольшое отступление.

Дело в том, что на Земле также существует кругооборот вещества, а именно, кругооборот воды и он имеет сходство с кругооборотом материи в космическом пространстве.

Известно, что вода земной гидросферы существует в трех формах, или агрегатных состояниях: в форме жидкой воды, в твердом (снег, лед) состоянии и в газообразном (пар). И водные массы постоянно перемещаются по планете, переходя из одного агрегатного состояния в другое. Под влиянием солнечного нагревания вода с поверхности морей и океанов испаряется и поднимается в газообразном состоянии в верхние слои атмосферы на высоту до 10-15 км. Здесь водяной пар с помощью ветров перемещается в ту или другую сторону.

Затем происходит конденсация водяных паров в мельчайшие капельки воды, взвешенные в атмосфере (иногда в виде мельчайших кристалликов льда или снега), которые собираются в виде дождевых облаков, и рано или поздно вода из облаков устремляется в виде дождя на поверхность Земли. Стекая в океаны, вода завершает кругооборот, который можно коротко изобразить так: вода - пар - вода.

Однако, это не единственная форма кругооборота воды на Земле. Помимо этого, двойного цикла кругооборота воды, существует еще и тройной цикл кругооборота воды, при котором вода поэтапно переходит через все три агрегатных состояния. В самом деле, не все облака и тучи прекращают свое существование, изливаясь дождем на поверхность Земли. Многие из облаков перемещаются в приполярные области, в том числе в том полушарии, где в это время господству ет зима. В результате атмосферные осадки выпадают в виде снега, вода превращается в твердое агрегатное состояние.

За зиму в приполярной области скапливаются огромные массы снега и льда. А весной они начинают таять и из твердого состояния переходят в жидкое агрегатное состояние. Таким образом, наряду с двойным циклом кругооборота воды существует еще и тройной цикл: вода - пар - снег - вода. Помимо этих двух форм кругооборота воды существуют и другие, например: вода - лед - вода, вода - лед - пар - вода, но они для нас интереса не представляют.

Вещество во Вселенной также существует в трех основных формах: в форме звездной (плазменной) материи, в форме диффузной (газово-пылевой) материи и в форме планетно-кометной (преимущественно твердой) материи. Вещество во Вселенной, как и вода на Земле, также не находится в неподвижном состоянии, а постоянно находится в движении, в кругообороте, переходя из одной формы в другую.

Мы уже знаем, что Солнце и другие звезды, излучая в мировое пространство лучистую энергию, теряют при этом часть своего вещества, а поскольку большая часть этой энергии поглощается диффузной материей, можно предположить, что диффузная материя при этом увеличивает свою массу.

Если бы кругооборота материи в мировом пространстве не было, то в нем отсутствовало бы равновесие между тремя формами материи: звездной, планетно-кометной и диффузной. Но тогда одна из этих форм материи все более и более становилась бы преобладающей, ее доля непрерывно бы возрастала. И вся мировая материя к конечном счете перешла бы в одну форму. Вещество в различных галактиках не делилось бы на звезды, планеты, спутники, астероиды, кометы и газово-пылевые скопления, а состояло бы либо исключительно из звезд, либо из пыли и газа, либо, наконец, из одних невидимых планетно-кометных тел.

Тот факт, что во всех видимых частях Вселенной мы наблюдаем одну и ту же картину, приводит нас к тому простому выводу, что всюду мировая материя состоит из этих же самых трех форм: звездной, планетно-кометной и диффузной, хотя, конечно, эти три формы материи могут находится в различных галактиках в весьма различных соотношениях. Но эти соотношения будут тем меньше отличаться в различных частях мирового пространства, чем более крупными будут браться эти части.

Для того, чтобы равновесие между звездной, планетно-кометной и диффузной материей существовало на протяжении многих галактических лет, необходимо, чтобы из любой формы материи в другие две переходило примерно столько же веществ, сколько из них переходит в нее обратно. Равновесие нарушилось бы, если бы звезды, все вместе взятые, стали поставлять в мировое пространство материи больше, чем они от него получают, и через какое-то, пусть очень длительное время во Вселенной звезд больше бы не осталось. Но если это так, почему же звезды не исчезли за прошедшие миллиарды лет?

Наоборот, если бы звезды (не каждая в отдельности, в все вместе взятые) приобретали в виде космических осадков больше материи, чем они ее в космическое пространство поставляют, то вся Вселенная состояла бы из одних только звезд.

Подобно воде на Земле, мировая материя во вселенной должна постоянно все снова и снова участвовать в великом кругообороте, переходя из одной формы материи в другую, из той - в третью. Как и в кругообороте воды на Земле, в кругообороте материи во вселенной могут, по видимому, существовать различные циклы кругооборота материи - двойные и тройные.

Но прежде чем рассматривать эти циклы кругооборота материи, следует кратко рассмотреть механизм перехода космического вещества из одной его формы в другую.

Прежде всего, как мы уже говорили выше, все звезды теряют постоянно свое вещество по мере их излучения. Так, Солнце ежегодно теряет за счет излучения 1, 5 х 1020 г. вещества, а за миллиард лет при сохранении мощности излучения - около 1, 5 х 1029 г., т. е. потеряет вещество, равное по массе планете-гиганту. Все же звезды Галактики, а их количество исчисляется сотнями миллиардов, а может быть и триллионами, излучают за один млрд. лет материю, масса которой равна десяткам и сотням миллионов масс Солнца.

Но не все звезды излучают материю в межзвездное пространство одинаково. Есть очень крупные и горячие звезды, которые поставляют материи в мировое пространство в тысячи раз больше, чем Солнце. Например, звезда Вольфа - Райе выбрасывает в межзвездное пространство за 100000 лет вещество массой, равной массе Солнца. Сколько же материи перейдет из звездной формы в диффузную ото всех гигантских и ярких звезд Галактики за 1 или 5 млрд. лет? Огромное количество.

Но материя в межзвездное пространство поставляется не только в виде излучения и излияния. Она поставляется и так называемыми эруптивными звездами, в том числе новыми и сверхновыми, в виде выбросов в межзвездное пространство вещества, главным образом газовой компоненты. На звездах время от времени происходят различной мощности вспышки (взрывы), во время которых звезды теряют всю или часть газовой оболочки.

Так, новая при вспышке теряет вещество массой, равной массе планеты-гиганта, а сверхновая теряет еще больше - от нескольких десятых долей массы Солнца (сверхновые I типа) до нескольких (от одной до десяти) масс Солнца (сверхновые II типа). Можно представить себе, сколько материи переходит из звездной формы в диффузную в Галактике при вспышке всех эруптивных звезд за один миллиард лет, если учесть, что вспышки новых происходят примерно каждые 3-4 года, т. е. около 100 вспышек за год в одной только нашей Галактике. Вспышки сверхновых происходят гораздо реже, примерно одна за 100 лет в Галактике, но они поставляют за это же время, т. е. за 1 млрд. лет в межзвездное пространство примерно столько же материи, сколько и новые - несколько миллионов или даже несколько десятков миллионов масс Солнца.

Таким образом, происходят встречные процессы перехода материи из одной формы в другую. При испарении воды на Земле с поверхности морей и океанов происходит переход воды из жидкого состояния в газообразное (пар). При вспышке и излучении звезд происходит переход материи из звездной формы в диффузную.

При конденсации водяных паров происходит переход воды из газообразного состояния в жидкое и, следовательно, здесь имеет место двойной цикл кругооборотов воды в природе: вода - пар - вода. При конденсации и вычерпывании диффузной материи в космическом пространстве звездами происходит обратный переход диффузной материи в звездную и, следовательно, имеет место также двойной цикл кругооборота материи в мировом пространстве: звездная материя - диффузная материя - звездная материя.

На Земле имеет место и тройной цикл кругооборота воды: вода - пар - снег - вода. Точно также и в мировом пространстве имеет место тройной цикл кругооборота материи: звездная материя - диффузная материя - планетно-кометная материя - звездная материя. При этом звездная материя переходит в диффузную посредством излучения, излияния и вспышек, диффузная материя переходит в планетно-кометную посредством вычерпывания и конденсации (аккреции) диффузной материи на поверхность небесных тел во время галактических зим.

Для того, чтобы тройной цикл кругооборота материи в мировом пространстве завершился, необходим переход материи из планетно-кометной формы в звездную. Он осуществляется, во первых, за счет падения на поверхность звезд части попавших в их сферу действия (притяжения) небесных тел, ранее не принадлежа щих данной звезде и залетевших в ее сферу притяжения извне: с орбиты другой, соседней звезды или с окологалактической орбиты, а в отдельных случаях - из межгалактического пространства. Во-вторых, переход планетно-кометной материи в звездную происходит путем приближения и падения на поверхность звезд их спутников: планет, астероидов, комет и метеорных тел. Это происходит вследствие увеличения их масс и, следовательно, силы их взаимного притяжения, а также вследствие торможения небесных тел в газово-пылевой среде во время галактических зим. В третьих, переход планетно-кометной материи в звездную происходит посредством перехода, превращения планет-сверхгигантов, по мере их увеличения, в карликовые звезды.

Итак, подобно тройному циклу кругооборота воды на Земле: вода - пар - снег - вода, в мировом пространстве наряду с двойным циклом имеет место также и тройной цикл кругооборота материи: звездная материя - диффузная материя - планетно-кометная материя - звездная материя. И именно благодаря этому кругообороту материи во Вселенной, который никогда не прекращается, действуя на протяжении миллиардов лет, между различными формами материи в Метагалактике существует более или менее постоянное соотношение, пропорция, хотя в отдельных частях Метагалактики это соотношение различных форм материи может быть весьма различным и тем более различными, чем меньшие части Метагалактики мы возьмем для сравнения.

В целом же, во всей Метагалактике за одно и то же время из одной любой формы материи переходит в другие формы материи столько же, сколько из них переходит в эту форму обратно.

Здесь имеет место такая же картина, как и в случае воды на Земле. В различных местах Земли соотношение различных форм (агрегатных состояний) воды различно, но в целом на Земле оно более или менее постоянно. Если же равновесие между различными формами воды по какой-либо причине нарушится, то оно снова должно восстановить ся. Например, равновесие между различными формами существования воды при наступлении галактической зимы нарушается, но это временное явление. Оно скоро восстановится, но на новой основе: доля твердой воды при этом увеличится. После окончания галактической зимы новое равновесие снова нарушится, но опять временно. Вслед за окончанием галактической зимы восстановится прежнее или примерно прежнее соотношение между различными формами воды.

Аналогичное явление имеет место и в движении мировой материи. Если по какой-либо причине равновесие между различными формами материи в Галактике нарушится (например, в результате сверхмощного взрыва в центре Галактики или при наступлении метагалактической зимы, когда вся Галактика, обращаясь вокруг центра Метагалактики, погрузится в гигантское газово-пыле вое облако или будет пересекать метагалактическую плоскость), то это равновесие непременно должно восстановиться и существовать по-прежнему, хотя, быть может, и с некоторым отличием.