Возникновение и эволюция Вселенной

ВОЗНИКНОВЕНИЕ 
И ЭВОЛЮЦИЯ
ВСЕЛЕННОЙ

Е.К. ЕСЬКОВ

Москва
ИНФРА-М
2022

МОНОГРАФИЯ

УДК 524.8(075.4)
ББК 22.637.64
 
Е87

Еськов Е.К.

Е87 
 
Возникновение и эволюция Вселенной : монография / Е.К. Есь
ков. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 306 с. — (Научная мысль). — 
DOI 10.12737/1852616.

ISBN 978-5-16-017425-9 (print)
ISBN 978-5-16-109968-1 (online)
В монографии рассмотрен широкий круг проблем, связанных с возник
новением и развитием Вселенной. Дается обзор истории изучения астрономии от обсерваторий каменного века до современных космических телескопов. Анализируются теории происхождения Вселенной, приводятся 
доказательства Большого взрыва, расширения Вселенной, космических 
эффектов темной энергии и темной материи. Рассматриваются происхождение и причины, обусловливающие существование во Вселенной 
планет, звезд, туманностей, галактик и других космических тел. Большое 
место отводится анализу возникновения и развития Солнечной системы. 
Рассмотрены происхождение и функционирование Солнца, планет и других объектов, находящихся в его гравитационном поле. Среди планет Солнечной системы наибольшее внимание уделено Земле и анализу факторов, 
обеспечивавших возникновение и поддержание на ней разнообразных 
форм жизни.

Для широкого круга читателей, интересующихся вопросами возникно
вения и эволюции Вселенной. Может быть полезна студентам, аспирантам 
и преподавателям физико-математических вузов.

УДК 524.8(075.4)

ББК 22.637.64

Р е ц е н з е н т ы:

Тобоев В.А., доктор биологических наук, кандидат физико-матема
тических наук, профессор кафедры математики Чувашского государственного университета имени И.Н. Ульянова;

Чурилов Г.И., доктор биологических наук, кандидат химических 

наук, профессор кафедры физиологии Рязанского государственного 
медицинского университета имени И.П. Павлова

ISBN 978-5-16-017425-9 (print)
ISBN 978-5-16-109968-1 (online)
© Еськов Е.К., 2022

Введение

Представление о Вселенной и ее безграничности сопряжено 
со сложным для понимания представлением о времени. В физике 
термин «время» означает условную сравнительную меру движения 
материи и одну из координат пространства-времени, вдоль которой 
расположены мировые линии физических тел. С этих позиций 
смысл времени, как одной из основных форм существования материи, заключается в закономерной координации сменяющихся 
явлений. Направленность времени выражается мировой линией 
связи между прошлым и будущим. Поскольку в математике линия 
рассматривается как одномерный объект, то время одномерно. 
Но время абстрактно и в этом смысле не подлежит визуализации 
и (или) механическому воздействию.
По современным представлениям, базирующимся на достижениях в области космологии (от греческого kоsmos — строй, порядок, 
мир, Вселенная), использующей наряду с известными астрономическими и физическими явлениями математическое моделирование, Вселенная включает бесконечное множество небесных тел, 
различающихся по массе и размерам. Звезды и межзвездное вещество состоят из ионизированных газов. Основной же физической 
формой вещества во Вселенной, вероятно, является плазма, состоящая из ионов и электронов. Наличие же пульсаров свидетельствует в пользу существования сверхплотных тел, состоящих преимущественно из вырожденного барионного газа.
Последние достижения в изучении космического пространства 
связаны в значительной мере с функционированием космического 
телескопа «Хаббл» (Hubble Space Telescope, HST), названного 
в честь Э. Хаббла (один из наиболее влиятельных астрономов 
и космологов в XX в.). Размещение телескопа в космическом пространстве позволяет регистрировать электромагнитные излучения, 
для которых земная атмосфера выступает в качестве непреодолимого препятствия. Это почти на порядок превосходит по разрешающей способности наземные телескопы.
Концепцию орбитального телескопа высказывал еще 1924 г. 
Герман Оберт в книге «Ракета в межпланетном пространстве». 
В развитие этой концепции американский астрофизик Лайман 
Спицер в статье «Астрономические преимущества внеземной 
обсерватории» (Astronomical advantages of an extra-terrestrial 
observatory), опубликованной в 1946 г., обосновывал преимущества орбитального телескопа тем, что его угловое разрешение 
ограничено только дифракцией и возможностью вести наблюдения 

в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, подвергающихся 
значительному поглощению земной атмосферой.
Ультрафиолетовый спектр Солнца впервые был получен 
в 1946 г. Орбитальный телескоп в рамках программы «Ариэль» 
был запущен Великобританией в 1962 г., в 1968 г. НАСА запустило 
в космос вторую орбитальную обсерваторию ОАО-2 (первая из-за 
отказа аккумуляторов не заработала). Эта обсерватория проводила 
изучение ультрафиолетового излучения звезд и галактик в течение 
четырех лет.
Реализация миссии ОАО доказала эффективность применения 
космических телескопов в изучении галактик и эволюции Вселенной. Среди новых проектов внимание астрономов привлекает 
полет автоматической станции НАСА под названием «Юнона», 
или «Джуно». Стация запущена в августе 2011 г. и 5 июня 2016 г. 
вышла на полярную орбиту Юпитера. Предполагается, что это позволит изучить гравитационное и магнитные поля планеты, а также 
подтвердить или опровергнуть гипотезу о наличии у Юпитера 
твердого ядра.

Глава 1
ИСТОРИЯ АСТРОНОМИИ И КОСМОЛОГИИ

Астрономия — наука о Вселенной, занимающаяся изучением 
расположения, движения, структуры, происхождения и развития 
небесных тел и их систем. Термин имеет греческое происхождение 
и состоит из двух слов: αστρον — звезда и νόμος — закон. Космология — раздел астрономии, в задачу которого входит изучение 
свойств и эволюции Вселенной. И астрономия, и космология широко используют математику и физику для интерпретации космических закономерностей.

1.1. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ АСТРОНОМИИ
Строение Вселенной и ее происхождение волнует человечество 
с глубокой древности. Изначально умозрительное представление 
о Вселенной сводилось к тому, что в центре мироздания находится 
Земля, вокруг которой вращаются космические тела. Но с глубокой 
древности людей интересовало космическое пространство, картина 
небосвода с размещением на нем Солнца, Луны и звезд. Наблюдая 
за небесными телами, люди стали замечать, что их движение связано с динамикой природных явлений на Земле, со сменой дня 
и ночи, с периодическими погодными изменениями.
Знание сезонных изменений положения на небосводе Солнца, 
Луны и ярких звезд требовалось первобытным охотникам для того, 
чтобы знать циклы жизни диких животных и пути их миграции. 
Скотоводы, используя астрономические знания, могли до наступления неблагоприятной погоды перегонять стада на новые пастбища. Первобытные земледельцы по положению Луны и созвездий 
на ночном небосводе научились заблаговременно определять смену 
времен года и, пользуясь этим, своевременно выполняли полевые 
работы. Мореплаватели использовали для ориентации во времени 
и пространстве суточный и годичный ход ярких звезд и созвездий, 
положение на небосводе Солнца и Луны.
Астрономические наблюдения, используемые для того, чтобы 
ориентироваться во времени и пространстве, стали проводиться 
на заре человеческой культуры. Задолго до появления письменности были сделаны многие важные открытия, связанные с расположением и видимым движением светил по небосводу. Еще до того, 
как люди сделали географические открытия, они уже имели представление о видимых объектах Вселенной. И потому овладение человеком земного жизненного пространства, как ни парадоксально, 
началось с космоса.

Приобретение разными народами астрономических знаний 
обеспечивало преимущество в борьбе за существование с конкурирующими группами и неблагоприятными факторами внешней 
среды. Уровень развития древних цивилизаций во многом определялся глубиной познания сведений о связи космических процессов 
с земными явлениями.
Первые зарегистрированные астрономические достижения относятся к XXXI веку до н.э. В начале целью астрономии как науки 
считалось описание движения небесных тел на небосводе. Велись 
наблюдения за движением Солнца, Луны, звезд и некоторых планет. 
В задачу этих наблюдений входило, прежде всего, установление 
связей между астрономическими явлениями и сезонными изменениями погоды. Вместе с этим накопление и обобщение сведений 
о движении небесных тел стали использовать для построения математических моделей, позволяющих предсказать космические события (Чистяков, 1969).
К важнейшим астрономическим достижениям того времени относится создание календаря. Уже в 3000 г. до новой эры был создан календарь, в котором год содержал 365 дней. С этого времени 
день стали делить на 12 равных частей. Был описан ряд созвездий 
и даны им названия. Некоторые из этих названий используются 
в настоящее время.
Астрономия успешно развивалась в Древнем Вавилоне, Египте, 
Китае и Индии. В китайской летописи описывается затмение 
Солнца, которое состоялось в третьем тысячелетии до новой эры. 
В странах Средиземноморья математические методы были использованы для обоснования траекторий движения Солнца, Луны 
и ярких планет, что использовалось во многих практических целях.
Особыми достижениями в развитии астрономии отличались 
астрономы древнего Вавилона (Pingree, 1998). Ими был создан 
12-месячный календарь со вставным месяцем. Он использовался 
для коррекции календаря. В году могло быть два вставных месяца, 
а иногда два года подряд имели вставной месяц. Было введено 
также понятие «неделя», в которой каждый день посвящался определенному богу: 1-й — Солнцу, 2-й — Луне, 3-й — Нергалу, 4-й — 
Набу, 5-й — Мардуку, 6-й — Иштару, 7-й — Нинибу. Год начинался 
с весны, а первым месяцем был нисан («первые плоды»).
В VII–V вв. до нашей эры вавилонские астрономы ввели знаки 
зодиака и создали первые математические модели, пользуясь которыми можно было рассчитывать даты возникновения различных 
астрономических явлений. На основе изучения периодичности астрономических явлений были разработаны математические модели, 
позволяющие следить за изменениями продолжительности светового дня в течение солнечного года. В сохранившихся до наших 

дней вавилонских клинописных табличках, например, в табличке 
«Венеры Аммисадука», перечислены первые и последние видимые 
восходы Венеры за 21-летний период наблюдений. На основе этих 
наблюдений впервые была обоснована периодичность планетарных 
явлений (Еремеева, Цицин, 1989).
Древними вавилонскими астрономами разрабатывался эмпирический подход к пониманию идеальной природы Вселенной. В вавилонских текстах звезды располагаются в «цепочки» вдоль кругов 
склонения. Это позволяло контролировать восхождения звезд и их 
нахождение в зените. Имеются описания десятков затмений.
В VIII и VII веках до нашей эры вавилонские астрономы разработали новый эмпирический подход к астрономии. Они в своих 
предсказательных планетных системах начали использовать внутреннюю логику. Из сохранившихся на глиняных табличках вавилонских дневников следует, что вавилонская астрономия была 
первой успешной попыткой дать уточненное математическое описание астрономическим явлениям. Становление и развитие последующих разновидностей астрономий, таких как древнегреческая, 
индийская и др. астрономии, базируется и в значительной мере зависит от вавилонской астрономии.
В Древней Греции астрономы стали использовать геометрию 
для описания небесных явлений. Развитие греческой астрономии 
относится к VI в. до новой эры. На основе оригинальных теоретических космологических моделей астрономы пытались объяснять 
природу света или строение небесных тел. Древняя греческая астрономия известна преимущественно по трактатам Анаксимандра 
и Пифагора. По некоторым сведениям, Пифагор впервые предположил, что Земля имеет сферическую форму.
Платон на рубеже V в. до новой эры высказал предположение 
о том, что космические тела совершают на небосводе круговые 
и однообразные движения. Ученик Платона Евдоксос из Книдоса дал обоснование модели Вселенной. Согласно этой модели 
Вселенная состоит из системы сфер с общей средой, движущейся 
вокруг Земли. Эта модель, модифицированная позже Каллиппсом 
Кизикским, была представлена не 26, а 35 сферами. Аристотелем 
в этой модели было увеличено количество сфер до 55.
В III в. до новой эры древний греческий математик Аполлоний 
Пергский построил две геометрические модели планетарных 
орбит. Соответственно первой орбите планеты движутся вокруг 
Земли по кругу с постоянной скоростью, хотя Земля не находится 
в центре этого круга. Этим предпринималась попытка объяснения 
изменения расстояния между Землей и остальными планетами. 
Вторая орбита, названная Эпициклом, предлагалась для объяснения движения планет.

Модель, предложенная Аполлонием Пергским, была использована во II в. до новой эры древнегреческим астрономом, механиком, 
географом и математиком Гиппархом Никейским для описания 
движения Солнца вокруг Земли. Гиппарх определил параметры 
для предполагаемой им солнечной орбиты, изменяющейся соответственно изменению продолжительности весны и лета.
Астрономические познания и взгляды, распространенные 
в Средние века в Арабском халифате, были, как правило, написаны 
на арабском языке, который использовался в качестве международного языка средневековой науки. Поэтому астрономия исламского 
Средневековья называется еще арабской астрономией, хотя в ее 
развитие внесли значительный вклад не только арабы, но и представители практически всех народов, проживавших на этой территории. К основным источникам арабской астрономии относится астрономия Древней Греции, а также Индии и государств Сасанидов, 
расположенных на территориях современного Ирака и Ирана. Их 
астрономические исследования достигли наивысшего развития 
в VIII–XV вв.
Впоследствии наибольшее влияние на развитие астрономии 
оказывали исламские астрономы наряду с европейскими учеными. 
Особое внимание астрономов привлекла работа Николая Коперника. Опираясь на математический и кинематический аппарат 
теории Птолемея, Коперник обосновал свою гелиоцентрическую 
систему (солнечную). Она строилась на использовании конкретных 
геометрических и числовых закономерностей. Это отличало 
систему Коперника от модели Птолемея, в которой все планеты 
подчинялись непонятному геоцентрическому закону (земному). 
По системе Коперника радиус-вектор планет в эпицикле всегда 
совпадал с радиус-вектором Земля–Солнце. С единым годичным 
периодом обращения происходило движение по эпициклу верхних 
планет — Марса, Юпитера и Сатурна, а по деференту — нижних, 
к которым отнесены Меркурий и Венера. В системе Коперника 
этому впервые было дано логичное объяснение.
В средние века астрономия подвергалась интенсивным нападкам 
папской курии. В начале XIX в. инквизиция формально объявила, 
что в Риме дозволено печатание только тех книг, в которых изложены суждения о движении Земли и неподвижности Солнца. 
После этого из публикуемых книг были исключены имена Коперника, Кеплера и Галилея.
Кардинальные изменения в астрономии, предшествовавшие периоду возрождения, связаны с отказом от геоцентрической системы 
мира, сформулированной Птолемеем, и развитием гелиоцентрической системы Коперника (Паннекук, 1966). К этому периоду относится начало исследований небесных тел с помощью телескопов 

и открытие Исааком Ньютоном закона всемирного притяжения. 
В XVIII и XIX веках астрономы, используя математический аппарат 
и технические средства, приобретали знания о строении Солнечной 
системы, Млечного Пути и физической природе звезд и планет.
Появление крупных оптических телескопов, обладающих высоким разрешением, и создание радиотелескопов позволили установить, что Солнце входит в состав огромной дискообразной 
системы с миллиардами звезд и других космических тел. Уже в начале XX в. было известно, что солнечная система не уникальна 
во Вселенной. В ней имеется множество подобных систем. Важное 
значение имело открытие галактик, а изучение их спектров позволило Эдвину Хабблу в 1929 г. установить по красному свечению 
явление «разбегания галактик». Это послужило неопровержимым 
доказательством расширения Вселенной.
Применение радиотелескопов и космических обсерваторий привело к открытию новых видов космических тел, таких как квазары, 
пульсары и магнитары. Разработка и применение метода гравитационного линзирования позволили получать изображения космических объектов, не воспринимаемых оптическими средствами. 
Получено изображение черной дыры, относящейся к наиболее загадочным космическим объектам.
Условно современная астрономия подразделяется на ряд тесно 
связанных разделов. К важнейшим из них относится: 1) астрометрия, изучающая видимые положения и движения светил; 2) фундаментальная астрометрия, в задачу входит определение координат 
небесных тел, составление каталогов звездных положений и определение числовых значений астрономических параметров для учета 
закономерных изменений координат небесных светил; 3) сферическая астрономия, занимающаяся разработкой математических методов определения видимых положений и движений небесных тел 
с помощью различных систем координат и созданием теории закономерных изменений координат светил.
Небесная механика изучает законы движения небесных тел под 
действием сил всемирного тяготения, определяет их массу и форму. 
Теоретическая астрономия разрабатывает методы, используемые для 
определения орбит небесных тел по их видимым положениям и орбитам. Разделы, посвященные в основном исследованию закономерностей движения небесных тел, относят к классической астрономии.
В астрофизику входит изучение строения, физических свойств 
и химического состава небесных объектов. Практическая астрофизика занимается разработкой и применением методов астрофизических исследований. В теоретическую астрофизику входит интерпретация на основании физических законов наблюдаемых астрономических явлений.

К задачам космохимии относится изучение химического состава космических тел и закономерностей распределения химических элементов во Вселенной. Изучаются также процессы сочетания и миграции атомов при образовании космического вещества. 
Ядерная космохимия занимается изучением процессов радиоактивного распада и изотопного состава космических тел.

1.2. ДРЕВНИЕ АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ОБСЕРВАТОРИИ
Доисторические культуры и древнейшие цивилизации оставили 
после себя многочисленные астрономические артефакты, свидетельствующие о знании ими закономерностей движения небесных 
тел (Замаровский, 2002). Первые цивилизации вавилонян, греков, 
китайцев, индийцев, майя и инков уже проводили методические 
наблюдения ночного небосвода. Изучением астрономических артефактов занимаются представители новой науки — археоастрономии, совмещающие археологию и астрономию.
Установлено, что первые обсерватории были построены еще 
на заре величайших цивилизаций (Владимирский, Кисловский, 
1989). Они обнаружены в Америке, Азии, Европе и Африке. Несмотря на то что древние народы жили на географически отдаленных территориях и поэтому не могли общаться, сооружаемые 
ими обсерватории имели большое конструктивное сходство. Четко 
прослеживается сходство архитектурных принципов устройства 
этих сооружений, что подтверждают снимки с американского спутника «Иконос-2». Им было получено с 2000 по 2004 г. 30 снимков 
древнейших обсерваторий.
К древнейшим обсерваториям, обнаруженным со спутника, 
вошли следующие обсерватории: Ангкор-Ват в Камбодже, АбуСимбел в Египте, храмы в Чичен-Ице, Теотиуакане, Уксмале, Дзибилчалтуне и Майапане в Мексике, Касса-Ринконада, Пуэбло-Бонито, Ховенвип в США, древние сооружения чилийского острова 
Пасхи, Мачу-Пикчу в Перу, Стоунхендж в Великобритании. В этот 
перечень не вошли следующие подобные сооружения: Каменный 
Круг Каслриг в Великобритании, Ньюгрейндж в Ирландии, Гозекский круг в Германии и Аркаим в России.
Археоастрономами, анализировавшими строение древних обсерваторий, установлено, что все эти сооружения предназначались 
для определения дней солнцестояния и равноденствия, а также 
для наблюдений за движением планет. Обращает на себя внимание геометрическая правильность и схожесть этих сооружений, 
возводимых преимущественно по единому плану. За кажущимся 
на первый взгляд хаотичным расположением крупных камней 
скрываются точные астрономические расчеты. Древние народы нередко возводили обсерватории в заболоченных или заросших гу