Космого́ния (греч. κοσμογονία, от греч. κόσμος — мир, Вселенная и греч. γονή — рождение), область науки, в которой изучается происхождение и развитие космических тел и их систем.
Звёзд и звёздных скоплений, галактик, туманностей, Солнечной системы и всех входящих в неё тел — Солнца, планет (включая Землю), их спутников, астероидов (или малых планет), комет, метеоритов. Изучение космогонических процессов является одной из главных задач астрофизики. Поскольку все небесные тела возникают и развиваются, идеи об их эволюции тесно связаны с представлениями о природе этих тел вообще. В современной космогонии широко используются законы физики и химии.
Космогонические гипотезы XVIII—XIX веков относились главным образом к происхождению Солнечной системы. Лишь в XX веке развитие наблюдательной и теоретической астрофизики и физики позволило начать серьёзное изучение происхождения и развития звёзд. В 1960-х началось изучение происхождения и развития галактик, природа которых была выяснена только в 1920-е.
Очерк истории космогонических исследований
После общих идей о развитии небесных тел, высказанных ещё греческими философами IV—I веках до н. э. (Левкипп, Демокрит, Лукреций), наступил многовековой период господства теологии. Лишь в XVII веке Рене Декарт отбросил миф о сотворении мира и нарисовал картину образования всех небесных тел в результате вихревого движения мельчайших частиц материи. Фундамент научной планетной Космогонии заложил И. Ньютон, который обратил внимание на закономерности движения планет. В 1745 Бюффон высказал гипотезу, что планеты возникли из сгустков солнечного вещества, исторгнутых из Солнца ударом огромной кометы (в то время кометы считались массивными телами). В 1755 Кант опубликовал книгу «Всеобщая естественная история и теория неба…», в которой впервые дал космогоническое объяснение закономерностям движения планет. В конце XVIII века на основании наблюдений Гершеля возникла гипотеза об образовании звёзд из туманностей путём их «сгущения» и гипотеза Лапласа о происхождении Солнечной системы.
На протяжении XIX и XX веков возникали и разрабатывались многие космогонические теории и гепотезы (гипотеза Мультона и Чемберлина, гипотеза Джинса), проводились исследования, давшие толчок современной науке (Гельмгольц, 1854; У. Томсон, 1862, К. Вейцзеккер, Х. Бете.
В разработке космогонии галактик делаются лишь первые шаги. Проводится классификация галактик и их скоплений. Изучаются эволюционные изменения звёзд и газовой составляющей галактик, их химического состава и др. параметров, природа начальных возмущении, развитие которых привело к распаду расширяющегося газа Метагалактики на отдельные сгущения, природа мощного радиоизлучения, которым обладают некоторые галактики, и связь его с взрывными процессами в ядрах.
Планетная космогония
В 1940-х, после крушения гипотезы Джинса, планетная космогония вернулась к классическим идеям Канта и Лапласа об образовании планет из рассеянного вещества (гипотеза Шмидта). В настоящее время является общепризнанным, что большинство планет аккумулировалось из твёрдого, а Юпитер и Сатурн также и из газового вещества.
Рост планет земной группы прекратился тогда, когда они вобрали в себя практически всё твёрдое вещество, имевшееся в районе их орбит (только у Марса часть вещества из его «зоны питания», вероятно, была поглощена массивным Юпитером). Но у планет-гигантов рост прекратился тогда, когда они действием своего притяжения выбросили из зоны своего формирования все «промежуточные» тела и их обломки, а также газы (в рассеянии последних важную роль могло сыграть интенсивное корпускулярное излучение молодого Солнца).
При аккумуляции планет происходил их разогрев, но у планет земной группы средняя температура поверхности определялась в основном нагревом от Солнца с влиянием парникового эффекта. Из более глубоких слоев тепло выходит медленно. Достаточно было остатка в 3—4 %, чтобы нагреть недра Земли и Венеры до 1000—1500 °С, а недра планет-гигантов до десятков тысяч градусов. Начальный разогрев Земли и Луны был связан как с выделением гравитационной энергии при их сжатии, так, вероятно, и с приливными деформациями этих двух первоначально близких тел. Дальнейшая эволюция их и др. планет земной группы определялась в основном накоплением тепла, выделившегося при медленном распаде радиоактивных элементов — урана, тория и др.,—имеющихся в ничтожно малых количествах во всех горных породах. Разогрев и частичное расплавление недр этих планет привело к выплавлению коры и выделению газов и паров. Последние у планет малой массы (Меркурий, Марс, Луна) полностью или в значительной мере рассеялись в пространство, а у более массивных планет в основном сохранились, образовав атмосферу и гидросферу (Земля) либо только атмосферу (Венера).
Эта часть статьи основана на работе Б. Ю. Левина.
Звёздная космогония
Проблемы происхождения и эволюции звёзд, а также звёздных систем изучаются в разделе космогонии, называемой звёздной космогонии. В ходе эволюции звезда проходит стадии, которые определяются изменениями условий механического и теплового равновесия в её недрах (см. Звёзды).
На начальной стадии эволюции (до момента прихода на главную последовательность диаграммы Герцшпрунга — Ресселла) звезда светит за счёт энергии гравитационного сжатия. В это время точки, соответствующие звёздам, находятся на диаграмме выше и правее своего будущего положения на главной последовательности. Типичными представителями молодых звёзд средней массы, ещё не вполне сжавшимися, являются звёзды типа τ Тельца. Звёзды очень малой массы сжимаются миллиарды лет; представителями таких сжимающихся звёзд являются вспыхивающие звёзды типа μ Кита.
При образовании звёзд большую роль играет магнитное поле. Под действием сил гравитации межзвёздный газ скользит вдоль силовых линий, собирается с большого расстояния в плотные комплексы. Когда масса комплекса становится достаточно большой, он сжимается и поперёк силовых линий. При сжатии комплекса его вращение ускоряется. Дальнейшее сжатие становится возможным только при условии передачи части МКД окружающему газу. Это осуществляется вследствие закручивания силовых линий, натяжение которых передаёт вращение во внешнюю среду.
Галактическая космогония
Звёзды разных типов составляют в Галактике определенные подсистемы, которые образовались на различных стадиях формирования Галактики (см. Звёздные подсистемы). Сначала Галактика была протяжённым медленно вращающимся газовым облаком. Газ сжимался к центру; в процессе этого сжатия из него формировались звёздные скопления, большая часть которых позже рассеялась. Звезды, образовавшиеся в это время, движутся по очень вытянутым орбитам и заполняют слабо сплюснутый сфероид — тот объём, в котором ранее был газ. Эти звёзды входят в звёздные подсистемы, относящиеся к сферической составляющей Галактики. В отличие от звёзд, которые движутся практически без трения, газ теряет кинетическую энергию хаотических движений и сжимается. Радиус сфероида уменьшается, он ускоряет своё вращение, пока центробежная сила не уравновесит тяготение на экваторе. После этого сжатие происходит главным образом к экваториальной плоскости. На этой стадии образовались подсистемы, относящиеся к промежуточной составляющей Галактики. Горячие звёзды и скопления, в состав которых они входят, — молодые, они входят также в плоскую составляющую.
Звёзды и межзвёздная среда представляют собой 2 фазы эволюции вещества галактик. Со временем межзвёздная среда истощится, в Галактике исчезнут молодые звёзды, большая часть массы будет сосредоточена в звёздах малой массы, которые эволюционируют медленно, а также в остатках звёзд: в белых карликах, нейтронных звёздах и более массивных остатках, находящихся в состоянии коллапса.
Космогонические гипотезы XVIII—XIX веков относились главным образом к происхождению Солнечной системы. Лишь в XX веке развитие наблюдательной и теоретической астрофизики и физики позволило начать серьёзное изучение происхождения и развития звёзд. В 1960-х началось изучение происхождения и развития галактик, природа которых была выяснена только в 1920-е.
Очерк истории космогонических исследований
После общих идей о развитии небесных тел, высказанных ещё греческими философами IV—I веках до н. э. (Левкипп, Демокрит, Лукреций), наступил многовековой период господства теологии. Лишь в XVII веке Рене Декарт отбросил миф о сотворении мира и нарисовал картину образования всех небесных тел в результате вихревого движения мельчайших частиц материи. Фундамент научной планетной Космогонии заложил И. Ньютон, который обратил внимание на закономерности движения планет. В 1745 Бюффон высказал гипотезу, что планеты возникли из сгустков солнечного вещества, исторгнутых из Солнца ударом огромной кометы (в то время кометы считались массивными телами). В 1755 Кант опубликовал книгу «Всеобщая естественная история и теория неба…», в которой впервые дал космогоническое объяснение закономерностям движения планет. В конце XVIII века на основании наблюдений Гершеля возникла гипотеза об образовании звёзд из туманностей путём их «сгущения» и гипотеза Лапласа о происхождении Солнечной системы.
На протяжении XIX и XX веков возникали и разрабатывались многие космогонические теории и гепотезы (гипотеза Мультона и Чемберлина, гипотеза Джинса), проводились исследования, давшие толчок современной науке (Гельмгольц, 1854; У. Томсон, 1862, К. Вейцзеккер, Х. Бете.
В разработке космогонии галактик делаются лишь первые шаги. Проводится классификация галактик и их скоплений. Изучаются эволюционные изменения звёзд и газовой составляющей галактик, их химического состава и др. параметров, природа начальных возмущении, развитие которых привело к распаду расширяющегося газа Метагалактики на отдельные сгущения, природа мощного радиоизлучения, которым обладают некоторые галактики, и связь его с взрывными процессами в ядрах.
Планетная космогония
В 1940-х, после крушения гипотезы Джинса, планетная космогония вернулась к классическим идеям Канта и Лапласа об образовании планет из рассеянного вещества (гипотеза Шмидта). В настоящее время является общепризнанным, что большинство планет аккумулировалось из твёрдого, а Юпитер и Сатурн также и из газового вещества.
Рост планет земной группы прекратился тогда, когда они вобрали в себя практически всё твёрдое вещество, имевшееся в районе их орбит (только у Марса часть вещества из его «зоны питания», вероятно, была поглощена массивным Юпитером). Но у планет-гигантов рост прекратился тогда, когда они действием своего притяжения выбросили из зоны своего формирования все «промежуточные» тела и их обломки, а также газы (в рассеянии последних важную роль могло сыграть интенсивное корпускулярное излучение молодого Солнца).
При аккумуляции планет происходил их разогрев, но у планет земной группы средняя температура поверхности определялась в основном нагревом от Солнца с влиянием парникового эффекта. Из более глубоких слоев тепло выходит медленно. Достаточно было остатка в 3—4 %, чтобы нагреть недра Земли и Венеры до 1000—1500 °С, а недра планет-гигантов до десятков тысяч градусов. Начальный разогрев Земли и Луны был связан как с выделением гравитационной энергии при их сжатии, так, вероятно, и с приливными деформациями этих двух первоначально близких тел. Дальнейшая эволюция их и др. планет земной группы определялась в основном накоплением тепла, выделившегося при медленном распаде радиоактивных элементов — урана, тория и др.,—имеющихся в ничтожно малых количествах во всех горных породах. Разогрев и частичное расплавление недр этих планет привело к выплавлению коры и выделению газов и паров. Последние у планет малой массы (Меркурий, Марс, Луна) полностью или в значительной мере рассеялись в пространство, а у более массивных планет в основном сохранились, образовав атмосферу и гидросферу (Земля) либо только атмосферу (Венера).
Эта часть статьи основана на работе Б. Ю. Левина.
Звёздная космогония
Проблемы происхождения и эволюции звёзд, а также звёздных систем изучаются в разделе космогонии, называемой звёздной космогонии. В ходе эволюции звезда проходит стадии, которые определяются изменениями условий механического и теплового равновесия в её недрах (см. Звёзды).
На начальной стадии эволюции (до момента прихода на главную последовательность диаграммы Герцшпрунга — Ресселла) звезда светит за счёт энергии гравитационного сжатия. В это время точки, соответствующие звёздам, находятся на диаграмме выше и правее своего будущего положения на главной последовательности. Типичными представителями молодых звёзд средней массы, ещё не вполне сжавшимися, являются звёзды типа τ Тельца. Звёзды очень малой массы сжимаются миллиарды лет; представителями таких сжимающихся звёзд являются вспыхивающие звёзды типа μ Кита.
При образовании звёзд большую роль играет магнитное поле. Под действием сил гравитации межзвёздный газ скользит вдоль силовых линий, собирается с большого расстояния в плотные комплексы. Когда масса комплекса становится достаточно большой, он сжимается и поперёк силовых линий. При сжатии комплекса его вращение ускоряется. Дальнейшее сжатие становится возможным только при условии передачи части МКД окружающему газу. Это осуществляется вследствие закручивания силовых линий, натяжение которых передаёт вращение во внешнюю среду.
Галактическая космогония
Звёзды разных типов составляют в Галактике определенные подсистемы, которые образовались на различных стадиях формирования Галактики (см. Звёздные подсистемы). Сначала Галактика была протяжённым медленно вращающимся газовым облаком. Газ сжимался к центру; в процессе этого сжатия из него формировались звёздные скопления, большая часть которых позже рассеялась. Звезды, образовавшиеся в это время, движутся по очень вытянутым орбитам и заполняют слабо сплюснутый сфероид — тот объём, в котором ранее был газ. Эти звёзды входят в звёздные подсистемы, относящиеся к сферической составляющей Галактики. В отличие от звёзд, которые движутся практически без трения, газ теряет кинетическую энергию хаотических движений и сжимается. Радиус сфероида уменьшается, он ускоряет своё вращение, пока центробежная сила не уравновесит тяготение на экваторе. После этого сжатие происходит главным образом к экваториальной плоскости. На этой стадии образовались подсистемы, относящиеся к промежуточной составляющей Галактики. Горячие звёзды и скопления, в состав которых они входят, — молодые, они входят также в плоскую составляющую.
Звёзды и межзвёздная среда представляют собой 2 фазы эволюции вещества галактик. Со временем межзвёздная среда истощится, в Галактике исчезнут молодые звёзды, большая часть массы будет сосредоточена в звёздах малой массы, которые эволюционируют медленно, а также в остатках звёзд: в белых карликах, нейтронных звёздах и более массивных остатках, находящихся в состоянии коллапса.
Обсуждения Космогония