Галактика, в которой находится наша Солнечная система, в т.ч., планета Земля, имеет название Млечный Путь. Значительная часть ее звезд видна на безоблачном ночном небе даже невооруженным глазом человека. Но абсолютное их большинство видно только в самые мощные телескопы, а то и вовсе не поддаются визуальным наблюдениям.

Согласно представлениям современной астрономии, сформировавшимся после 2010 года, в нашей галактике насчитывается порядка 100 (или немного больше) миллиардов звезд. Из них примерно 75% составляют т.н. красные карлики - звезды, в несколько раз уступающие по размерам и светимости нашему Солнцу (но значительно превосходящими самую большую планету Солнечной системы - Юпитер). Из-за относительно низкой светимости и большой удаленности от Земли, ни один из красных карликов невооруженным глазом человека не наблюдается.

Для ориентировки: в так называемых ближайших "окрестностях" Солнца и Земли, радиус шара которых (окрестностей) принят в размере 5 парсек (специальная астрономическая единица) или 16,3 светового года, размещается всего 52 звездных системы, часть из которых (13 штук) являются двойными звездами. Не так уж и много.

По результатам наблюдений и измерения светимости звезд на сегодняшний день точно установлено, что не менее 20% их общего количества имеют планетные системы. В ближайшее время (в 2015-2020 годы) намечено прямое визуальное обнаружение и фотографирование таких планет (для отличия от планет нашей системы их принято называть экзо-планетами) с помощью специального телескопа, отправляемого с Земли в космическое пространство и работающего там под прикрытием т.н. звездного зонтика (чтобы не быть засвеченными лучами самих исследуемых звезд).

Считается, что среднестатистическая величина количества планет по отношению к количеству звезд в галактике (и, вероятно, во всей Вселенной) равна 1,5/1. (Это вытекает из результатов имеющихся наблюдений и механизма формирования звездно-планетных систем).

В свою очередь, многие планеты (а, значит, и экзо-планеты) имеют свои спутники - луны.

Примерно так же (по структуре) устроены и другие галактики. Для иного нет никаких причин.

Наука об истории развития и движущих силах эволюции Вселенной называется космологией. Главными (но, конечно, далеко не единственными) предметами дискуссий современной космологии являются конечность или бесконечность Вселенной, как по ее размерам, так и по времени ее образования и существования (в т.ч., в будущем).

Из-за огромных с точки зрения человека размеров галактик, мало отличимых в его восприятии от размеров всей Вселенной в целом, многие космологические проблемы часто (и вполне обоснованно) рассматриваются в аспекте происходящего внутри нашей галактики. Тем более, что по своему составу они практически не отличаются от проблем всей Вселенной.

Вопрос начала существования Вселенной имеет важнейшее мировоззренческое значение. Наличие этого начала сразу дает основу для дискуссий о создании или самопроизвольном возникновении всего существующего вокруг нас.

И, наоборот, если бы никакого начала не было (и если бы об этом было точно известно), то не было бы даже принципиальной возможности говорить, скажем, о создании мира.

В первой половине ХХ века в современной космологии появилась и сравнительно быстро заняла господствующее положение концепция конечности Вселенной во времени, и, что особо важно, - с ярко выраженным ее началом в виде т.н. Большого взрыва (см. следующую главу данной работы).

Эта теория было принята обществом не сразу, так как радикально отличалась от господствующей в те времена в науке концепции стационарной Вселенной, без начала и конца в пространстве и времени. Зато довольно скоро новый взгляд на историю мироздания был принят всеми сторонами, и чуть ли не в первую очередь - учеными-теологами. Новая физическая концепция дала им столь желанное научно обоснованное начало, после чего главным дискуссионным вопросом оставалась только причина этого начала. И очевидным ответом на этот вопрос, с точки зрения церкви, был Бог.

Именно поэтому гипотеза Большого взрыва была горячо поддержана Римским Папой Пием XII еще в 1951 году, довольно скоро после ее появления и окончательного физического оформления (примерно в 1948 году).

Главной причиной признания теории Большого взрыва астрономами-физиками является хорошее объяснение ею состояния подавляющего большинства объектов и процессов в наблюдаемой части Вселенной.

Наличие начала Вселенной совсем не является триумфом религиозной трактовки происхождения мира. С физической точки зрения возможны, как минимум, три варианта существования Вселенной, позволяющие иметь начало отсчета (или просто таки начало существования) нынешней Вселенной:

Поэтому значительная часть человечества очень давно пришла к мысли, что Вселенная может благополучно возникать и существовать и без каких-либо богов, развиваясь по всеобщим законам природы (позже названным законами физики). Краткое изложение последовательности соответствующих физических процессов и их результатов рассматривается в следующих подразделах. В том числе, и строение Солнечной системы.

* * * * * * *

Никакие, самые смелые научные идеи, никогда бы не сделали астрономию столь захватывающей и волнующей, если бы человечество не пыталось сочетать теоретические рассуждения на космологическую тематику (жрецы Древнего Египта, древне-китайские философы, И.Ньютон, И.Кеплер, Н.Коперник, А.Эйнштейн) с попытками практического познания Вселенной (тот же И.Кеплер, Р.Годдард, В.ф.Браун, С.П.Королев и др.). Больше того, если бы в своих стремлениях человеческая цивилизация не мечтала бы покорить космическое пространство (К.Э.Циолковский, Г.Оберт, Ю.В.Кондратюк, опять С.П.Королев и др.), хотя бы в пределах Солнечной системы.

Рассмотрим некоторые практические примеры исследований нынешнего этапа.

В 1990 году в США был выведен на орбиту первый космический телескоп «Хаббл» (Hubble), являвшийся совместной разработкой НАСА (NASA) и ЕКА (ESA). Однако полноценная его работа началась только 4 года спустя, после устранения прямо на орбите серьезной ошибки изготовителя зеркала. После этого телескоп стал работать примерно в 10 раз лучше, чем любой из установленных на Земле. Однако постоянные усовершенствования и ремонтные работы на нем проводились еще и в 2009 году. Телескоп-спутник, имеющий 2,5 метра в диаметре, по настоящще время находится на околоземной орбите.

Только за первые 15 лет работы "Хаббл" сделал более миллиона фотоизображений, больше, чем 20 тысяч космических объектов, как внутри Солнечной системы, так и далеко за ее пределами. За это время он накопил примерно 50 Тбт информации. С его помощью сделано много важных открытий, касающихся возраста Вселенной, существования "черных дыр" и многих других вопросов. С его помощью сделаны подробные карты поверхности планет нашей системы, зафиксированы некоторые свободно дрейфующие в межзвездном пространстве объекты (планеты), а также процессы образования ряда новых галактик.

В последующие годы "аппарат" был передан в свободное коммерческое использование всеми желающими. Может быть сориентирован в любом направлении. Минимальная длительность сеанса - 45 минут. Стоимость такого удовольствия автору данной публикации не известна. Но спрос постоянно превышает разрешенное время доступа (примерно 22 часа в сутки) в 6 - 9 раз. Поток информации, выдаваемой "Хабблом" в настоящее время, достигает почти 500 ГБт в месяц. Его ограниченность определяется необходимостью длинных выдержек для большинства снимков (от нескольких часов до нескольких суток).

"Хаббл"		"Кеплер"

В 2009-м запущен принципиально новый космический телескоп «Кеплер» ( Kepler). Для исключения его периодических попаданий в зону тени Земли, он был сразу размещен на гелиоцентрической орбите (пролегающей вокруг Солнца), подобной орбите Земли, но с периодом обращения 372 дня (ежегодное несущественное отставание примерно на 5 дней). На рисунке внизу обозначена зеленым цветом.

	_
На Земле		Орбиты: Земли (черная линия) и телескопа (зеленая)

Главной особенностью «Кеплера» является сверхчувствительный фотометр высокого разрешения, изображение на котором создается мощным оптическим телескопом-рефрактором (без каких либо особенностей). Фотометр состоит из 42 зарядовых матриц размером 50х25, разрешением 2200х1024 каждая. Данные с каждого пикселя каждой матрицы снимаются через каждые 6 секунд, после чего накапливаются и обобщаются через каждые 30 секунд (? - по сведениям Википедии) или каждые 30 минут (более правдоподобные данные НАСА, при которых возможна статистическая выборка из 300 замеров в каждом цикле). Это позволяет достоверно отделить хоть и слабые, но постоянно поступающие полезные сигналы от спонтанно возникающих и случайным образом распределяющихся по пикселям шумов (чисто статистически).

Угловые матрицы набора используются только для ориентации телескопа.

Такой большой суммарный размер матриц позволил без потери качества изображения перекрыть небывало большой размер исследуемого участка неба без переориентации телескопа.
Визуально, с Земли и без приборов, он примерно равен участку, перекрываемому ладонью вытянутой руки человека. Или квардату 100х100, расматриваемому с расстояния 1 метр. (Тогда диагональ такого квадрата будет видна под плоским углом величиной примерно 8 градусов).

Зарядовый накопительно-стоковый фотометр	Оптический путь лучей (подробности разработчиками скрыты)

Для исследований был выбран участок неба в районе созвездия Лебедя. Подавляющее большинство звезд в этом направлении по размерам сопоставимы с нашим Солнцем, что теоретически создает хорошие условия для наличия у них своих планетных систем, подобных нашей. Кроме того, при такой ориентации сразу исключается попадание в поле зрения телескопа любых объектов Солнечной системы (СС), имеющих чрезвычайно высокую яркость и способных помешать проведению исследований.

Первоначальной целью запуска «Кеплера» в 2009 году как раз и был поиск таких экзо-планет (планет других звездных систем), предположительно (на тот момент) находящихся возле 100 тысяч («всего», в начале исследований) «ближайших» к нам звезд выбранного участка неба (находящихся в относительно более близком слое глубины космического простанства) .

Поскольку планеты весьма малы по размерам (по сравнению с материнскими звездами), а, главное, почти не излучают никакого света (а то, что излучается ими в инфракрасном участке спектра, пренебрежительно мало), непосредственное их обнаружение у далеко расположенных звезд практически невозможно. Поэтому теоретически экзо-планеты можно пытаться фиксировать только при видимом прохождении их по диску своей звезды (по их видимости на ее фоне). На практике почти невозможно и это. Слишком уж малы планеты!

Зато при современном уровне технологий можно зафиксировать некоторое, пусть даже самое ничтожное, изменение светимости звезды при перекрытии части ее лучей проходящей транзитом по ее диску планетой. Поэтому такой метод обнаружения экзо-планет называется транзитным. Наглядная иллюстрация пооцесса:

"Облака" на этом небе представляют собой скопления газов (исключительно разреженные, но огромные!) по пути к зведе, а также (и это главное!) скопления гораздо более удаленных звезд, составляющих фон поля наблюдения.

Для того, чтобы такое "звездное затмение" можно было увидеть (даже хотя бы теоретически!), находясь в пределах Солнечной системы, необходимо чтобы плоскость орбиты искомой экзо-планеты хотя бы приблизительно совпадала с местонахождением Солнца (и, следовательно, нас исследователей, со своими телескопами). Реально такому условию отвечает только крайне незначительная часть любых космических объектов, в том числе, и экзо-планет. Считается, что мы можем наблюдать только 1 - 2 %% от их общего количества.

Кстати, подобным образом, при помощи простых оптических телескопов, открыто большинство спутников планет нашей системы.

Возможности аппаратуры "Кеплера" можно проиллюстрировать следующим "земным" примером. Если в его поле зрения, ночью, включить автомобильную фару, находящуюся на расстоянии 1 км, то фотометр уверенно зарегистрирует муху, пролетевшую мимо этой фары, и даже размер этой мухи.

"Кеплер" блестяще справился с поставленной перед ним задачей в условиях реального космоса. Уже в первые два года он открыл большое количество весьма крупных (по сравнению с Землей) экзо-планет. (Что и не удивительно, ведь крупные планеты заметнее). Часть из них показана на следующем рисунке (цвета условные). Земля (Earth) и Юпитер (Jupiter) представлены для сравнения.

А за три года с помощью этого телескопа открыто более 1000 экзо-планет, в том числе, и гораздо меньших по размерам (а, значит, более трудно обнаруживаемых). И еще более 2000 – кандидатов в планеты. Именно поэтому данный телескоп и получил свое неофициальное прозвище «охотника за планетами».

Но очень скоро астрономы убедились, что сверхчувствительная аппаратура «Кеплера» способна видеть на расстояния, во много раз (на несколько порядков!) дальше, чем это предполагалось изначально. Поэтому постепенно акцент исследований был смещен в сторону очень далеких (размещенных на расстояниях в сотни миллионов св. лет!) звезд и галактик того же участка неба.

Всякие большие и удаленные скопления космических объектов (звезд и облаков рассеянных газов), не имеющих четкой формы, в последнее время принято называть «космическими бегемотами» (первоначально такое название относилось только к бесформенным облакам рассеянного в космосе водорода, которые были видны только в ультра-фиолетовой части спектра, и только с помощью специальных телескопов).
Вот как раз в зоне скопления таких звездных «бегемотов», находящихся за многие сотни миллионов световых лет, и начал исследования «Кеплер» на втором этапе своей деятельности (с 2013 года).

В выбранном ранее участке неба, на его глубине порядка одного-полутора миллиардов световых лет от Солнечной системы, находится уже около 500 галактик, по 100 млрд звезд в каждой (в среднем). Всего – около 50 триллионов звезд (т.е. 50, умноженное на 10 в 12-й степени). Вот все это хозяйство и пытается ревизовать «Кеплер», хотя бы в общих чертах.

Некоторое представление о видимой таким образом части Вселенной дает следующее правое фото (после раскрытия необходимо увеличить его до максимально возможной в вашем браузере степени):

Еще в ходе первых наблюдений космический телескоп "Кеплер" случайно (в том смысле, что помимо первоначальной программы) заметил в наблюдаемом регионе Космоса несколько вспышех т.н. сверхновых звезд (две - с интервалом в несколько месяцев, еще одну - примерно через три года). Из-за необходимости перепроверки полученной информации (или по другим, не известным мировой общественности причинам), эта информация долго не разглашалась (фактически - скрывалась). И доведена до всеобщего сведения только в марте 2016(!). А ведь такие исследования могут и на Нобелевскую премию претендовать! Подробнее об этом см. в специальном разделе данного сайта.

В настоящее время в космосе одновременно находится несколько десятков телескопов различного назначения (преимущественно – военного), принадлежащих космическим агентствам разных стран, среди которых до 10 предназначены для исследования различных регионов Космоса.

= = = = = = =

Фотографии и анимации, объясняющие работу космического телескопа "Кеплер", взяты с официального сайта http://kepler.nasa.gov/