Космогония

Космогония - наука, изучающая происхождение и развитие небесных тел, например планет и их спутников, Солнца, звезд, галактик.

Астрономы наблюдают космические тела на различной стадии развития, образовавшиеся недавно и в далеком прошлом, быстро "стареющие" или почти "застывшие" в своем развитии. Сопоставляя многочисленные данные наблюдений с физическими процессами, которые могут происходить при различных условиях в космическом пространстве, ученые пытаются объяснить, как возникают небесные тела.

Единой, завершенной теории образования звезд, планет или галактик пока не существует. Проблемы, с которыми столкнулись ученые, подчас трудно разрешимы. Многие результаты наблюдений допускают различное толкование.

Разрабатываемые космогонические гипотезы и теории обычно исходят из предположения, что основная сила, "формирующая" космические объекты, - гравитация. При определенных условиях очень разреженная среда (межзвездный газ) начинает сжиматься под действием гравитации. В конечном результате такого сжатия, по-видимому, и образуются планеты, звезды, звездные системы. Теоретически такая возможность вполне реальна. Это представление объясняет многие свойства указанных объектов и их распределение в пространстве. Однако высказывались и иные точки зрения (например, гипотеза образований звезд и галактик из сверхплотных тел).

Образование большинства наблюдаемых галактик происходило в далеком прошлом, когда средняя плотность вещества во Вселенной была значительно выше. Как показывают расчеты, в ту далекую эпоху в результате роста неоднородностей газовой среды могли формироваться гигантские водородно-гелиевые облака газа (или системы облаков) - протогалактики. Они сжимались под действием собственной гравитации. В процессе сжатия протогалактик и возникли первые звезды и звездные скопления. Многие из них "дожили" до наших дней. По химическому составу и форме орбит эти старые звезды сильно отличаются от тех, которые образуются в настоящее время.

Появление звезд в современную эпоху связано со сжатием межзвездного газа в холодных газовых облаках. Они наблюдаются вблизи плоскости Галактики. У галактик, не содержащих межзвездного газа, заметных признаков происходящего звездообразования не видно. В нашей Галактике, как и в других спиральных галактиках, звезды возникают чаще всего не в одиночку, а группами: образуются целые звездные скопления и ассоциации. Но процессы звездообразования идут очень медленно: на всю нашу Галактику, содержащую более сотни миллиардов звезд, за год в среднем в звезды переходит такая масса газа, которой хватило бы всего лишь на несколько звезд типа нашего Солнца. Очаги звездообразования чаще всего тесно связаны с массивными комплексами молекулярного межзвездного водорода и располагаются в основном в спиральных ветвях нашей и других галактик. Конденсация холодного газа и образование звезд напоминают конденсацию охлажденного водяного пара в капельки воды.

Межзвездный газ из-за содержащейся в нем пыли при уплотнении становится непрозрачным. Поэтому процесс сжатия плотного межзвездного газа наблюдают, как правило, методами радиоастрономии (радиоволны не задерживаются пылью). Радиоастрономические наблюдения показали, что в областях звездообразования существуют компактные облака очень холодного газа. Он состоит в основном из молекулярного водорода. Размер облаков меньше одного парсека, а плотность - во много тысяч раз более высокая, чем в обычных облаках межзвездного газа. Эти облака, по-видимому, медленно сжимаются под действием собственной гравитации. Для их сжатия требуется много времени (по крайней мере сотни тысяч лет). Поэтому, к сожалению, нет возможности проследить сжатие отдельно взятого облака. Мы видим конечный результат такого процесса - недавно образовавшиеся звезды. В некоторых случаях эти звезды еще нельзя увидеть в "обычных" лучах (из-за сильного поглощения света пылью). Но они уже проявляют себя в инфракрасном диапазоне и радиодиапазоне излучением нагретой ими газопылевой среды.

Схема эволюции звезд. Условно показано, какие изменения происходят со звездой за время ее жизни - от образования из газового облака (начало последовательности) до превращения в остывающий белый карлик

Часть вещества вблизи формирующейся звезды, "падая" в ее гравитационном поле, может образовать вокруг нее вращающийся и постепенно уплотняющийся газопылевой диск. Со временем вещество такого диска частично нагреется и улетучится, частично сожмется в сгустки небольшой массы, которые постепенно будут укрупняться за счет окружающего вещества и превращаться в планеты и их спутники. По-видимому, так вокруг молодого Солнца 4,5-5 млрд. лет назад произошло формирование планетной системы.

Теоретические расчеты возможных путей образования небесных тел очень трудны. Например, чтобы выяснить, как происходит сжатие межзвездного газа в звезды, приходится рассчитывать сложные процессы нагрева и охлаждения газа при сжатии, учитывать его намагниченность, вращение и многие другие свойства. Космогония успешно развивается, опираясь на астрономические наблюдения и на физические представления о поведении вещества в космических условиях.