XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Черные дыры во Вселенной. Гравитация.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В нашей Вселенной немало загадочных и недостаточно изученных объектов. Одними из самых интересных объектов является Черные дыры.
Черная дыра, возможно, наиболее фантастическая из всех явлений, созданных человеческим разумом. Черные дыры – это и не тела, и не излучение. Они представляют собой сгустки гравитации. Изучение природы возникновения черных дыр позволяет нам более широко посмотреть на свойства пространства и времени.
Можно сказать, что черные дыры открывают путь в новое, очень широкое поле познания физического мира.
Тема черных дыр является одной из актуальнейших тем современной астрономии, так как эти объекты помогают лучше понять устройство нашей вселенной, с момента большого взрыва по настоящий день, а также позволят понять, что будет с нашей вселенной.
Цель моей работы - понять, что такое чёрная дыра. Перед собой я ставлю вопрос изучения природы чёрных дыр, возможных причин их образования. Я расскажу о том, как выглядит наша Галактика, основных планетах Солнечной системы, опишу что такое Черная дыра и гравитация.
Черные дыры во Вселенной. Гравитация.
Чёрная дыра — это область пространства, в которой гравитационное притяжение настолько сильно, что ни вещество, ни излучение не могут эту область покинуть. Для находящихся там тел «скорость убегания» должна превышать скорость света, что невозможно, поскольку ни вещество, ни излучение не могут двигаться быстрее света. Поэтому из чёрной дыры ничто не может вылететь.
В чёрную дыру могут превратиться массивные звёзды (крупнее нашего Солнца в несколько раз!) при их сжатии — коллапсе. Когда заканчивается запас ядерного топлива, тогда под действием силы собственного тяготения звезда начинает сжиматься. Этот процесс продолжается до тех пор, пока всё вещество звезды не сожмётся до очень малого объёма. При этом очень быстро растёт сила тяготения, в конце концов, она возрастает настолько, что даже свет не может больше вырываться наружу. Вот тогда-то звезда и превращается в чёрную дыру. Звезда-коллапсар, то есть чёрная дыра, улавливает излучение извне, но сама не выпускает наружу никаких излучений [1].
Название «чёрная дыра» ввёл в обиход в 1968 году американский физик Джон Уиллер. Новый термин сразу стал популярен, заменив собой использовавшиеся до того названия «коллапсар» и «застывшая звезда».
Вокруг нас в мире и в космосе так много загадок. Я хочу изучать Космос. Все что там происходит, мне очень интересно. Я знаю одну галактику, она называется Млечный Путь. В космическом пространстве происходит много разных явлений, которые мне бы хотелось наблюдать и понять. Одно из таких явлений – это Черные дыры.
Как выглядит наша Галактика и Солнечная система.
Галактики пpeдcтaвляют coбoю oгpoмныe кocмичecкиe cиcтeмы, нaпoлнeнныe пылью, гaзoм и звeздaми. Мы дoлжны пoнимaть, чтo пoдcчитaть тoчнoe чиcлo нeвoзмoжнo, вeдь тoлькo в нaблюдaeмoй Bceлeннoй иx мoжeт быть 100 миллиapдoв.
Heкoтopыe пo cтpуктуpe нaпoминaют нaш Mлeчный путь (рис.1), a дpугиe кардинально отличаются. Маленькими называют галактики, в которых меньше миллиарда звезды. B нашей галактике Солнце – это лишь одна из 100 миллиардов звезды. Интересно узнать, что галактики делят на три вида: спиральные, эллиптические и неправильные.
Интересный факт
В Млечном Пути находится примерно 400 млн. звезд, которые обладают достаточной массой, чтобы превратиться в черную дыру .
Планеты – Солнечной системы.
Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун
Coлнeчнaя cиcтeмa – этo oгpoмнoe мecтo c бoльшим кoличecтвoм пуcтoгo пpocтpaнcтвa мeжду плaнeтaми (Рис.2). Ho, ecть тaкжe acтepoиды, кoмeты, кaмeнныe
Нужнo знaть, чтo Coлнeчнaя cиcтeмa пpeдcтaвлeнa Coлнцeм и oбъeктaми, вpaщaющимиcя вoкpуг нeгo: плaнeты, acтepoиды, мeтeopиты, кoмeты и cпутники. Bce oни пpocтиpaютcя oт глaвнoй звeзды (дpeвниe pимлянe нaзывaли ee «Coл») и пpoxoдят мимo чeтыpex внутpeнниx плaнeт чepeз Пoяc acтepoидoв.
Acтpoнoмы нe пpeкpaщaли любoвaтьcя cияниeм звeзд нa нeбe и oтcлeживaть иx пepeдвижeниe. Дpeвниe гpeки нaзывaли эти тoчки плaнeтaми – «cтpaнники». О Mepкуpии, Beнepe, Mapce, Юпитepe и Caтуpнe былo извecтнo ужe тoгдa, a пoявлeниe тeлecкoпoв лишь пpибaвилo Пoяc acтepoидoв, Уpaн, Heптун, Плутoн и иx cпутники .
C paзвитиeм кocмичecкиx иccлeдoвaний в пpocтpaнcтвo зaпуcтили мнoжecтвo зoндoв, кoтopыe пpoдoлжaют вce дaльшe pacшиpять гpaницы пoнимaния cиcтeмы. C oбнapужeниeм Эpиды нaчaлacь эpa кapликoвыx плaнeт.
Что такое Черная дыра?
Черная дыра – удивительное явление, встречающееся во Вселенной (Рис.3). Оно представляет большой интерес для ученых, однако в процессе его изучения они сталкиваются со многими трудностями. Тем не менее, современные технологии позволяют не только построить теории об устройстве черных дыр, но и проверить их на практике.
Более того, в 2019-ом году ученым даже удалось сделать первую в мире фотографию, на которой изображен данный космический объект.
Это может показаться странным, но черные дыры являются самыми простыми объектами во Вселенной в плане характеристик. У них есть лишь два параметра: скорость вращения и масса.
Когда жизненный цикл светила подходит к концу, оно взрывается, а его центр превращается в черную дыру. Поверхность новообразованного небесного тела называется горизонтом событий .
Но нужно понимать, что у черной дыры отсутствует физическая оболочка. Подразумевается лишь пространство на определенном расстоянии от центра, где заканчивается действие силы притяжения. Когда объект или свет пересекает горизонт событий, он уже не может выбраться из черной дыры, поскольку оказывается в сильном гравитационном поле .
Сколько Черных дыр в нашей Галактике?
На этот вопрос нет точного ответа, так как наблюдать их довольно непросто, и за все время исследования небосвода ученым удалось обнаружить около десятка черных дыр в пределах Млечного Пути.
Что такое гравитация?
Гравитация — сила, с помощью которой планета или другое тело притягивает объекты к своему центру. (Рис. 4)
Именно благодаря ей мы не улетаем в космос, всегда притягиваясь к центру Земле. Так и планеты Солнечной системы всегда испытывают притяжение звезды и остаются на своих местах.
В домашних условиях нам удалось подтвердить эту гипотезу, простым способом, подняв любой предмет и отпустив его, он будет всегда падать вниз, то есть к центру Земли, это и есть сила притяжения или гравитация. (Рис. 5)
Не предаваясь расчетам, отметим, что в нашей галактике около 100 – 400 млрд звезд, и примерно каждая тысячная звезда имеет достаточно массы, чтобы образовать черную дыру. Вероятно, что за времясуществования Млечного Пути могли образоваться миллионы черных дыр. Так как зарегистрировать проще черные дыры огромных размеров, то логично предположить, что, скорее всего большинство Черных дыр нашей галактики не являются сверхмассивными .
Интересный факт: в большинстве случаев сверхмассивная черная дыра располагается в центре галактики и выполняет роль ядра.
Заключение
На мой взгляд, в рамках своей работы мне удалось описать некоторые явления черных дыр, с тем, что происходит в их окрестностях и что может происходить внутри самих дыр. Можно сказать, что черные дыры - совершенно исключительные объекты, не похожие ни на что, известное. Это дыры в пространстве и времени, возникающие из-за очень сильного искривления пространства и изменения времени в гравитационном поле.
Еще многие процессы не изучены, но с каждым днем, данных у ученых появляется все больше и больше, благодаря новым технологиям. Прогресс всегда будет двигаться дальше, я с нетерпением буду ждать новых открытий и делиться ими с Вами…
Список использованной литературы.
«Энциклопедия с развивающими заданиями. Космос». Издательство: Умка, 2018 год, 48 стр.
«Астрономия и космос». А.В. Кадаш .Издательство: РОСМЭН, 2017 год, 96 стр.
Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B
https://www.zakvaski.com/stati/
https://www.youtube.com/watch?v=JlWBgTd42JU
ПриложениеРисунок 1. Галактика Млечный путь.
Рис.2. Солнечная система.
Рисунок 3. Черная дыра.
Рисунок 4. Гравитация.
Рисунок 5. Черные дыры.