Реферат Солнечная система и ее происхождение выполнила Бурова О.П.
реклама
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «АМУРСКИЙ ГУМАНИТАРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «АмГПГУ») ИНСТИТУТ ЗАОЧНОГО И ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Бурова Ольга Петровна СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА И ЕЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ Направление подготовки 44.03.01 «Педагогическое образование» Профиль «Начальное образование» Реферат по Основы естествознания и обществознания Комсомольск-на-Амуре, 2022 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….3 1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ…………………………...5 1.1. Небулярные гипотезы……………………………………………………….6 1.2 Гипотезы захвата……………………………………………………………10 1.3. Другие гипотезы……………………………………………………………13 2. СТРОЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ…………………………………....16 2.1. Солнце-центральное тело планетной системы…………………………...18 2.2. Планеты земной группы…………………………………………………...20 2.3. Планеты гиганты…………………………………………………………...24 2.4. Другие объекты Солнечной системы……………………………………..27 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….29 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………31 2 ВВЕДЕНИЕ Тысячелетиями пытливое человечество обращало свои взгляды на окружающий мир, стремилось постигнуть его, вырваться за пределы микромира в макромир. На протяжении веков и даже тысячелетий ученые пытались выяснить прошлое, настоящее и будущее Вселенной, в том числе и Солнечной системы. Решение проблемы происхождения Солнечной системы имеет естественно-научное, мировоззренческое и философское значение. Парадокс современной астрономии состоит в удивительно низком уровне знаний о Солнечной системе. Астрономия в рамках известных физических законов способна построить близкие к реальности модели рождения, жизни и смерти небесных объектов, размеры, массы, энергетическая отдача и удаленность которых громадны по сравнению с реалиями повседневного опыта. И в то же время нет надежной модели происхождения и формирования планет и спутников Солнечной системы, неизвестно, как образуются и откуда появляются кометы, неясно, содержат ли астероиды первичное вещество или являются осколками однажды уже сформировавшихся планетных тел и т. д. Сопоставляя многочисленные данные наблюдений с физическими процессами, которые могут происходить при различных условиях в космическом пространстве, учёные пытаются объяснить, как возникают небесные тела. Единой, завершённой Солнечной системы пока не существует. Проблемы, с которыми столкнулись учёные, подчас трудно разрешимы. Решение вопроса о происхождении Земли и Солнечной системы в целом значительно затрудняется тем, что других подобных систем мы пока не наблюдаем. Нашу солнечную систему не с чем пока ещё сравнивать, хотя системы, подобные ей, должны быть достаточно распространены и их возникновение должно быть не случайным, а закономерным явлением Предмет изучения данной работы: происхождение. 3 Солнечная система, ее Цель работы: изучение строения и особенностей Солнечной системы, характеристика ее происхождения. Задачи работы: рассмотреть возможные гипотезы происхождения Солнечной системы, охарактеризовать объекты Солнечной системы, рассмотреть строение Солнечной системы. Актуальность работы: в настоящее время считается, что Солнечная система довольно хорошо изучена и лишена каких-либо серьезных тайн. Однако до сих пор еще не созданы разделы физики, позволяющие описать процессы, происходящие сразу после Большого взрыва, ничего нельзя сказать о породивших его причинах, сохраняется полная неясность относительно физической природы темной материи. Солнечная система - наш дом, поэтому необходимо интересоваться его устройством, его историей и перспективами. 4 1.ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ Современное естествознание не дает точного описания образование Солнечной системы. Но современная наука решительно отвергает допущение о случайном образовании и исключительном характере образования планетных систем. Современная астрономия дает серьезные аргументы в пользу наличия планетных систем у многих звезд. Так, примерно у 10% звезд, находящихся в окрестностях Солнца, обнаружено избыточное инфракрасное излучение. Очевидно, это связано с присутствием вокруг таких звезд пылевых дисков, которые, возможно, являются начальным этапом формирования планетных систем. О механизме образования планет в Солнечной системе нет общепризнанных заключении. Солнечная система образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причем Солнце - звезда второго (или еще более позднего) поколения. Так что Солнечная система возникла на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущего поколения, скапливавшихся в газопылевых облаках. Сегодня больше известно о происхождении и эволюции звезд, чем о происхождении собственной планетной системы, что не удивительно: звезд много, а известная нам планетная система - одна. Накопление информации о Солнечной системе еще далеко от завершения. Сегодня мы видим ее совершенно иначе, чем даже тридцать лет назад. И нет гарантии, что завтра не появятся какие-то новые факты, которые перевернут все наши представления о процессе ее образования. Сегодня в космогонии, науке, изучающей происхождение и развитие небесных тел, существует довольно много гипотез образования Солнечной системы. Все космогонические гипотезы можно разделить на несколько групп: небулярные (Канта, Лапласа и др., к ним же относится и гипотеза О. Ю. Шмидта), гипотезы захвата, выброса и др. 5 1.1. Небулярные гипотезы Небулярные гипотезы, а их больше всего, можно разделить на две подгруппы. Согласно первой из них Солнце и все тела Солнечной системы: планеты, спутники, астероиды, кометы и метеорные тела - образовались из единого газово-пылевого, или пылевого облака. Согласно второй Солнце и его семейство имеют различное происхождение, так что Солнце образовалось из одного газово-пылевого облака (туманности, глобулы), а остальные небесные тела Солнечной системы - из другого облака, которое было захвачено какимто, не совсем понятным, образом Солнцем на свою орбиту и разделилось каким-то, еще более непонятным образом на множество самых различных тел (планет, их спутников, астероидов, комет и метеорных тел) имеющих самые различные характеристики: массу, плотность, эксцентриситет, направление обращения по орбите и направление вращения вокруг своей оси, наклонение орбиты к плоскости экватора Солнца (или эклиптики) и наклон плоскости экватора к плоскости своей орбиты. В середине XVIII века немецкий философ И. Кант предложил свою теорию образования Солнечной системы, основанную на законе всемирного тяготения. Она предполагала возникновение Солнечной системы из облака холодных пылинок, находящихся в беспорядочном хаотическом движении. В 1796 году французский учёный П. Лаплас подробно описал гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой туманности. Лаплас учёл характерные основные черты Солнечной системы, которые должна была объяснить любая гипотеза о её происхождении. Точки зрения Канта и Лапласа в ряде важных вопросов резко отличались. Кант исходил из эволюционного развития холодной пылевой туманности, в ходе которого сперва возникло центральное массивное тело будущее Солнце, а потом планеты, в то время как Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей с высокой скоростью вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность, вследствие закона сохранения момента количества движения, вращалась все 6 быстрее и быстрее. Из-за больших центробежных сил от него последовательно отделялись кольца. Потом они конденсировались, образуя планеты. Однако, несмотря на различия, общей важной особенностью является представление, что Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. Поэтому и принято называть эту концепцию “гипотезой КантаЛапласа” Существует гипотезе Джинса, полностью противоположная гипотезе Канта-Лапласа. Если последняя рисует образование планетарных систем как единственный закономерный процесс эволюции от простого к сложному, то в гипотезе Джинса образование таких систем есть дело случая. Исходная материя, из которой потом образовались планеты, была выброшена из Солнца (которое к тому времени было уже достаточно “старым” и похожим на нынешнее) при случайном прохождении вблизи него некоторой звезды. Это прохождение был настолько близким, что его можно рассматривать практически как столкновение. Благодаря приливным силам со стороны налетевшей на Солнце звезды, из поверхностных слоев Солнца выброшена струя газа. Эта струя останется в сфере притяжения Солнца и после того, как звезда уйдет от Солнца. Потом струя сконденсируется и даст начало планетам. Если бы гипотеза Джинса была правильной, число планетарных систем, образовавшихся за десять миллиардов лет ее эволюции, можно было пересчитать по пальцам. Но планетарных систем фактически много, следовательно, эта гипотеза несостоятельна. И ниоткуда не следует, что выброшенная из Солнца струя горячего газа может сконденсироваться в планеты. Таким образом, космологическая гипотеза Джинса оказалась несостоятельной. Тем более удивительным представляется возрождение идеи Джинса на новой основе, которое произошло в последние десятилетия прошедшего века. Если в первоначальном варианте гипотезы Джинса планеты образовались из газового сгустка, выброшенного из Солнца приливными силами при близком 7 прохождении мимо него звезды, то новейший вариант, развиваемый Вулфсоном, предполагает, что газовая струя, из которой образовались планеты, была выброшена из проходившего мимо Солнца космического объекта. В качестве последнего принимается уже не звезда, а протозвезда – рыхлый объект огромных размеров (в 10 раз превышающий радиус нынешней земной орбиты) и сравнительно небольшой массы ~ 0,25 M Солнца. Гипотеза Джинса в модификации Вулфсона заслуживает внимания. Она, по существу, связывает образование планет с образованием звезд. Последние образуются из межзвездной газопылевой среды группами в так называемых звездных ассоциациях. В таких группах, как показывают наблюдения, сперва образуются сравнительно массивные звезды, а потом всякая «звездная мелочь», которая эволюционирует в карлики. Это хорошо согласуется с гипотезой Джинса – Вулфсона. Расчеты показывают, однако, что если этот механизм был бы единственной причиной образования звездных систем, то их количество в Галактике было бы весьма мало (одна планетная система, примерно, на 100 тыс. звезд), хотя и не так катастрофически мало, как в первоначальной гипотезе Джинса. По существу, это является единственным уязвимым пунктом современной модификации гипотезы Джинса. Если с достоверностью будет доказано, что около хотя бы некоторых ближайших к нам звезд имеются планетные системы, эта гипотеза будет окончательно похоронена. Выдающийся советский ученый О.Ю. Шмидт в 1944 г. предложил свою теорию происхождения Солнечной системы. Согласно О.Ю. Шмидту наша планетная система образовалась из вещества, захваченного из газопылевой туманности, через которую некогда проходило Солнце, уже тогда имевшее почти современный вид. При этом никаких трудностей с вращательным моментом планет не возникает, т.к. первоначальный момент вещества облака может быть сколь угодно большим. Начиная с 1961 г. эту гипотезу развивал английский космогонист Литтлтон, который внес в нее существенные улучшения. Нетрудно видеть, что блок-схема «аккреционной» гипотезы 8 Шмидта – Литтлтона совпадает с блок-схемой «гипотезы захвата» Джинса – Вулфсона. В обоих случаях почти современное Солнце сталкивается с более или менее рыхлым космическим объектом, захватывая части его вещества. Следует, впрочем, заметить, что для того, чтобы Солнце захватило достаточно много вещества, его скорость по отношению к туманности должна быть очень маленькой, порядка ста метров в секунду. Если учесть, что скорость внутренних движений элементов облака должна быть не меньше, то, по существу, речь идет о «застрявшем» в облаке Солнце, которое, скорее всего, должно иметь общее с облаком происхождение. Тем самым образование планет связывается с процессом звездообразования. Имеются гипотезы, в которых планеты и Солнце образовались из единой «солнечной» туманности. По существу, речь идет о дальнейшем развитии гипотезы Канта – Лапласа. 9 1.2 Гипотезы захвата Очевидно, что небулярная гипотеза Шмидта, а равным образом и все небулярные гипотезы, имеют целый ряд неразрешимых противоречий. Желая избежать их, многие исследователи выдвигают идею индивидуального происхождения, как Солнца, так и всех тел Солнечной системы. Это так называемые гипотезы захвата. Согласно этим гипотезам, время от времени в пределы Солнечной системы входят небесные тела извне, т. е. из других частей Галактики, из других галактик и из межгалактического пространства. Под влиянием различных факторов: притяжения Солнцем и планетами, столкновения с другими блуждающими небесными телами или астероидами и кометами Солнечной системы, либо при прохождении через газово-пылевое облако, в котором как раз находится Солнечная система при своем обращении вокруг центра Галактики - под влиянием этих факторов инородные тела тормозятся и, погасив скорость своего движения, становятся пленниками Солнца или одной из планет Солнечной системы, перейдя с гиперболической орбиты на эллиптическую. Однако, избежав целого ряда противоречий, свойственных небулярным гипотезам, гипотезы захвата имеют другие, специфические противоречия, не свойственные небулярным гипотезам. Прежде всего, возникает серьезное сомнение, может ли крупное небесное тело, такое, как планета, особенно планета-гигант, так сильно затормозиться, чтобы перейти с гиперболической орбиты на эллиптическую. Очевидно, ни пылевая туманность, ни притяжение Солнца или планеты не могут создать такой силы тормозящий эффект. Возникает вопрос: не разлетятся ли вдребезги на мелкие куски две планетозимали при своем столкновении? Ведь под влиянием притяжения Солнца, вблизи которого должно произойти столкновение, они разовьют большие скорости, в десятки км. в секунду. Можно предположить, что обе планетозимали рассыплются на осколки и частично упадут на поверхность Солнца, а частично умчатся в космическое пространство в виде большого роя 10 метеоритов. И только, быть может, несколько осколков будут захвачены Солнцем или одной из его планет и превратятся в их спутники - астероиды. Второе возражение, которое выдвигают оппоненты авторам гипотез захвата, относится к вероятности такого столкновения. По расчетам, выполненным многими небесными механиками, вероятность столкновения двух крупных небесных тел вблизи третьего, еще более крупного небесного тела, очень мала, так что одно столкновение может произойти за сотни миллионов лет. А ведь это столкновение должно произойти очень «удачно», т. е. столкнувшиеся небесные тела должны иметь определенные массы, направления и скорости движения и столкнуться они должны в определенном месте Солнечной системы. И при этом они должны не только перейти на почти круговую орбиту, но и остаться целыми и невредимыми. А это нелегкая задача для природы. Кроме того, можно поставить и такой вопрос авторам гипотез захвата: а имеются ли в космическом пространстве блуждающие, «бездомные» небесные тела, да еще такие крупные, как планеты-гиганты? Если имеются, то почему они до сих нор не столкнулись с одной из многочисленных в Галактике звезд, мимо которых они двигались в течение миллиардов лет? И как возникли блуждающие планеты-гиганты в космическом пространстве? Можно предположить, что скорее всего все небесные тела мирового пространства движутся по эллиптическим орбитам вокруг того иди иного центрального тела: планеты, звезды, центра галактики и т. д. А это в огромной степени уменьшает вероятность столкновения двух крупных небесных тел вблизи третьего, еще более крупного тела. Но допустим все же, что захват произошел. Тогда возникает ряд вопросов. Почему все захваченные планеты и большинство других небесных тел Солнечной системы обращаются вокруг Солнца в одном направлении и почти в одной плоскости? Почему они имеют почти круговые орбиты? Почему вблизи Солнца располагаются небольшие планеты земной группы, а вдали планеты-гиганты? Почему в межпланетных 11 расстояниях имеется определенная закономерность? Почему одни планеты вращаются вокруг своей оси в прямом направлении, а другие (Венера, Уран) - в обратном? Гипотезы захвата не дают ответа на эти вопросы, по крайней мере, на все. Что же касается захвата блуждающих планетозималей без столкновения, за счет одной лишь силы гравитационного притяжения (при помощи третьего тела), то такой захват либо невозможен, либо его вероятность ничтожна мала, настолько мала, что такой захват можно считать не закономерностью, а редчайшей случайностью. А между тем в Солнечной системе имеется большое количество крупных тел: планет, их спутников, астероидов и больших комет, что опровергает гипотезы захвата. 12 1.3. Другие гипотезы Помимо гипотез захвата и небулярных гипотез существуют гипотезы, согласно которым планеты и другие небесные тела Солнечной системы образовались в результате выбросов или отрыва от Солнца части его вещества, то ли при вспышке (новой, сверхновой), то ли в результате быстрого вращения в прошлом Солнца вокруг своей оси. Но небесные механики доказали, что если в каком-то месте с поверхности Солнца произойдет выброс, то выброшенное вещество либо уйдет от Солнца в межзвездное пространство по гиперболической орбите и рассеется, либо, если оно будет двигаться по эллипсу, облетит вокруг Солнца и упадет на него в том же самом месте. Образоваться же из этого сгустка газа планеты не могут. А если бы планета, хотя бы одна, вопреки расчетам небесных механиков, все же образовалась, то она, надо полагать, состояла бы из газов (водорода и гелия) которые образуют внешнюю оболочку Солнца и других звезд. А откуда же в планетах силикатная компонента - горные породы и металлы? Кроме того, гипотезы образования планет из солнечного вещества не в состоянии объяснить, почему третья часть спутников планет Солнечной системы обращается по своим орбитам в обратном, по отношению к Солнечной системе, направлении; почему половина планет Солнечной системы имеет большие наклонения плоскостей экваторов к плоскостям своих орбит; почему орбиты планет являются почти круговыми; почему одни планеты вращаются вокруг своей оси в прямом направлении, а другие в обратном т. д. Из гипотез происхождения Солнечной системы наиболее известна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика X. Альвена, усовершенствованная Ф. Хойлом.. Альвен исходил из предположения, что некогда Солнце обладало очень сильным электромагнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали 13 в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло свой вращательный момент, передавая его газовому облаку. Слабость предложенной гипотезы заключалась в том, что атомы наиболее легких элементов должны были ионизироваться ближе к Солнцу, атомы тяжелых элементов - дальше. Значит, ближайшие к Солнцу планеты должны были бы состоять из наилегчайших элементов - водорода и гелия, а более отдаленные - из железа и никеля. Наблюдения говорят об обратном. Чтобы преодолеть эту трудность, английский астроном Ф. Хойл предложил новый вариант гипотезы. Солнце зародилось в недрах туманности. Оно вращалось, и туманность становилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск начинал тоже разгоняться, а Солнце тормозилось. Момент количества Движения переходил к диску. Затем в нем образовались планеты. Если предположить, что первоначальная туманность уже обладала магнитным полем, то вполне могло произойти перераспределение углового момента. Трудностями и противоречиями гипотезы Хойла являются следующие: во-первых, нелегко представить, как могли "отсортироватьс " избыточный водород и гелий в первоначальном газовом диске, из которого образовались планеты, поскольку химический состав планет явно отличен от химического состава Солнца; во-вторых, не совсем ясно, каким образом легкие газы покинули Солнечную систему (процесс испарения, предлагаемый Хойлом, сталкивается со значительными трудностями); в-третьих, главной трудностью гипотезы Хойла является требование слишком сильного магнитного поля у "протосолнца» резко противоречащее современным астрофизическим представлениям. Исследования послевоенных лет привели к некоторому прояснению нашего происхождения. Как уже считается доказанным, Вселенная родилась примерно 15-20 млрд. лет назад в результате "большого взрыва". Спустя миллиард лет из смеси водорода и гелия, заполнявших все пространство, началось образование галактик. Первые звезды, образовавшиеся в те времена, 14 все еще видны в шаровых скоплениях и в центрах галактик. Вслед за ними образовались спиральные рукава. Наиболее массивные звезды, сформировавшиеся в самом начале, прошли очень быструю эволюцию, при которой водород превращался в более тяжелые элементы (в том числе углерод и кислород), а вновь образованное вещество выбрасывалось в окружающее пространство. Это и сейчас происходят в термоядерных реакциях, поставляющих всю энергию, излучаемую звездами. Этот "пепел" подвергался локальному сжатию, приводящему к рождению новых звезд, и цикл повторялся. Существуют две принципиальные точки зрения на происхождения звезд и, в частности, Солнца. Первая гипотеза основывается на предположении, что звезды формируются из газовой материи - той самой, которая и в настоящее время наблюдается в Галактике. Предполагается, что газовая материя в тех местах, где ее масса и плотность достигают некоторой величины, начинает под действием своего собственного притяжения сжиматься и уплотняться, образуя сначала холодный газовый шар. В результате продолжающегося сжатия температура газового шара начнет подниматься. Потенциальная энергия частиц в поле притяжения газового шара при приближении к центру становится меньше, а это означает, что часть потенциальной энергии переходит в тепловую энергию. Совершенно тот же переход энергии происходит, когда лежавший на краю пропасти камень, упав на ее дно, теряет часть потенциальной энергии в силовом поле земного притяжения, и приобретает тепловую энергию, разогревшись от удара о дно пропасти. 15 2.СТРОЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ Солнечная система состоит из Солнца, планет, спутников планет, астероидов и их осколков, комет и межпланетной среды. Внешняя граница, повидимому, находится на расстоянии около 200 тыс. а.е. от Солнца. Возраст Солнечной системы около 5 млрд. лет. Расположена вблизи плоскости галактики на расстоянии около 26 тыс. световых лет (около 250 тыс. млрд. км) от галактического центра и вращается вокруг него с линейной скоростью около 220 км/с Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по своим размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, восемь больших планет со спутниками, более 1000 планет (астероидов), порядка десяти комет, а также бесчисленное множество метеорных тел движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела - Солнца. Масса солнца приблизительно в 750 раз превосходит массу всех остальных тел, входящих в эту систему. Гравитационное притяжение звезды является главной силой, определяющей движение всех обращающихся вокруг него тел Солнечной системы. Среднее расстояние от солнца до самой далекой от него планеты Плутон 39,5 а.е., что очень мало по сравнению с расстоянием до ближайших звезд. Только некоторые кометы удаляются от солнца на 105 а.е. и подвергаются воздействию притяжения звезд. В Солнечной системе наблюдается огромный диапазон масс, особенное, если учесть наличие в межпланетном пространстве космической пыли. Различие в массах между солнцем и какой-нибудь пылинкой в тысячную долю миллиграмма будет составлять около 40 порядков (иначе говоря, отношение их масс будет выражаться числом с 40 нулями.). Планеты Солнечной системы делятся на две группы как по массе и другим физическим признакам, так и по расстояниям от солнца эти группы: планеты гиганты и планеты земной группы. К первой группе относятся 16 Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, ко второй - Меркурий , Венера, Земля и Марс. Плутон в 2006 году был исключен из ряда больших планет Солнечной системы. 17 2.1. Солнце - центральное тело планетной системы Солнце - ближайшая к Земле звезда, представляющая собой раскаленный плазменный шар. Это гигантский источник энергии: мощность излучения его очень велика - около 3,86?1023 кВт. Ежесекундно Солнце излучает такое количество тепла, которого вполне хватило бы, чтобы растопить слой льда, окружающий земной шар, толщиной в тысячу км. Солнце играет исключительную роль в возникновении и развитии жизни на Земле. На Землю попадает ничтожная часть солнечной энергии, благодаря которой поддерживается газообразное состояние земной атмосферы, постоянно нагреваются поверхности суши и водоемов, обеспечивается жизнедеятельность животных и растений. Часть солнечной энергии запасена в недрах Земли в виде каменного угля, нефти, природного газа. В настоящее время принято считать, что в недрах Солнца при огромнейших температурах - около 15 млн. градусов — и чудовищных давлениях протекают термоядерные реакции, которые сопровождаются выделением огромного количества энергии. Одной из таких реакций может быть синтез ядер водорода, при котором образуются ядра атома гелия. Подсчитано, что в каждую секунду в недрах Солнца 564 млн т водорода преобразуются в 560 млн т гелия, а остальные 4 млн т водорода превращаются в излучение. Термоядерная реакция будет происходить до тех пор, пока не иссякнут запасы водорода. В настоящее время они составляют около 60 % массы Солнца. Такого резерва должно хватить по меньшей мере на несколько миллиардов лет. Почти вся энергия Солнца генерируется в его центральной области, откуда переносится излучением, а затем во внешнем слое — передается конвекцией. Эффективная температура поверхности Солнца — фотосферы — около 6000 К. Наше Солнце — источник не только света и тепла: его поверхность излучает потоки невидимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также элементарных частиц. Хотя количество тепла и света, посылаемого на 18 Землю Солнцем, на протяжение многих сотен миллиардов лет остается постоянным, интенсивность его невидимых излучений значительно меняется: она зависит от уровня солнечной активности. Наблюдаются циклы, в течение которых солнечная активность достигает максимального значения. Их периодичность составляет 11 лет. В годы наибольшей активности увеличивается число пятен и вспышек на солнечной поверхности, на Земле возникают магнитные бури, усиливается ионизация верхних слоев атмосферы и т. д. Длина вспышки может достигать до и чуть свыше 100.000 км. Во время вспышки происходит выброс заряженных частиц, которые долетают даже до отдаленных планет. Солнце оказывает заметное влияние не только на такие природные процессы, как погода, земной магнетизм, но и на биосферу — животный и растительный мир Земли, в том числе и на человека. Предполагается, что возраст Солнца не менее 5 млрд. лет. Такое предположение основано на том, что в соответствии с геологическими данными наша планета существует не менее 5 млрд. лет, а Солнце образовалось еще раньше. Диаметр солнца равен 15000 км. Сейчас нельзя сказать, что диаметр солнца 5 млрд. лет назад был таким же, как и сейчас и его температура 5 млрд. лет была тоже не такой как сейчас. После рождения солнца каждые 1 миллиард лет оно становится все больше, все горячее. Через 5 млрд. лет солнце начнет расширяться, превращаясь в красного гиганта. Красный свет звезды объясняется его охлаждением. Но скорость расширения солнца будет во много раз выше скорости охлаждения. Поэтому, чем больше солнце, тем выше его температура. Когда солнце сбросит с себя всю массу, раскаленное ядро раскроется, а затем угаснет, превратившись в карлика. 19 2.2. Планеты земной группы Планеты земной группы - 4 планеты Солнечной системы: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Планеты земной группы обладают высокой плотностью и состоят преимущественно из силикатов и металлического железа (в отличие от газовых планет и каменно-ледяных карликовых планет, объектов пояса Корпера и облака Оорта). Наибольшая планета земной группы - Земля - более чем в 14 раз уступает по массе наименее массивной газовой планете - Урану, но при этом примерно в 400 раз массивнее наибольшего известного объекта пояса Койпера. Планеты земной группы состоят главным образом из кислорода, кремния, железа, магния, алюминия и других тяжёлых элементов. Все планеты земной группы имеют следующее строение: в центре ядро из железа с примесью никеля мантия, состоит из силикатов кора, образовавшаяся в результате частичного плавления мантии и состоящая также из силикатных пород, но обогащённая несовместимыми элементами. Из планет земной группы коры нет у Меркурия, что объясняют её разрушением в результате метеоритной бомбардировки. Земля отличается от других планет земной группы высокой степенью химической дифференциации вещества и широким распространением гранитов в коре. Две дальние из планет земной группы (Земля и Марс) имеют спутники и (в отличие от всех планет-гигантов) ни одна из них не имеет колец. Меркурий Меркурий – это ближайшая к Солнцу планета. Температура поверхности стороны планеты, повёрнутой к светилу, достигает 427 °С. Из-за отсутствия атмосферы поверхность в тени быстро остывает до -173°С на «ночной» стороне. У полюсов в некоторые кратеры никогда не заглядывает Солнце, поэтому под поверхностью там может сохраняться лёд. Вода могла попасть на Меркурий при столкновениях с ледяными кометами. 20 Снимки космического зонда «Маринер-10» 1974-1975гг. показали, что поверхность планеты похожа на лунную. Она покрыта кратерами и бассейнами. У Меркурия огромное железное ядро, вероятно, служащее источником магнитного поля, которое в 100 раз слабее земного. Год на меркурии длится 88 земных суток, а земные сутки в 59 раз длиннее земных. Астронавт на планете увидит рассвет раз в 176 земных суток. Венера Венера – вторая от солнца планета, по размерам самая близкая к Земле. Её можно видеть как яркую точку в восточной части неба утром и в западной вечером. Яркость объясняется отражением солнечного света слоем в 50-70 км облаков из серной кислоты. Плотная атмосфера из углекислого газа создаёт давление почти в 100 раз большее, чем на Земле. Она пропускает солнечные лучи к поверхности планеты, но удерживает тепловое излучение нагретой поверхности, создавая парниковый эффект, который обеспечивает здесь самую высокую в солнечной системе температуру поверхности 470°С. Планета вращается вокруг оси по часовой стрелке, и один оборот занимает больше времени, чем путь вокруг Солнца. Система Земля-Луна Третья от Солнца Земля – самая крупная из каменных планет. На Земле вода встречается в трёх формах: твёрдой (лёд), жидкой и газообразной (пар). Океаны (71% поверхности планеты) обеспечивают более равномерное нагревание Земли, поглощая солнечное тепло в жарких областях (ближе к экватору) и перенося его к полюсам. Разница в температуре земной поверхности объясняет климатические и погодные условия. Земля при формировании была горячей, и горные породы плавились. Тяжёлые железо и никель образовали в центре планеты её ядро, а более лёгкие материалы – средний слой (мантию) и кору. Внешнее ядро остаётся расплавленным, а кора, остыв, затвердела и раскололась на гигантские плиты, подогнанные друг к другу, как кусочки мозаики. Под океанами толщина льда плит меньше, а под континентом больше. Тепло ядра генерирует в породах 21 мантии медленные конвективные течения, которые двигают эти плиты, сталкивая их или раздвигая. Тектоника плит приводит к «дрейфу» континентов и изменению их формы и рельефа. Луна Луна – единственный естественный спутник Земли. Она образовалась из обломков, которые выбросило в космос при падении на нашу планету другого небесного тела. Метеориты оставили на её поверхности бесчисленные кратеры. От самых молодых кратеров как бы расходятся лучи – светлые полосы грунта, разлетевшегося во все стороны при ударе. В старину астрономы думали, что ровные участки – дно высохших водоёмов, поэтому назвали их морями. В 1959 году один из первых советских искусственных спутников сфотографировал обратную сторону Луны, не видимую с Земли. Оказалось, что почти все моря сосредоточены на обращённой к нам поверхности. Лунное притяжение в 6 раз слабее земного. Этого недостаточно, чтобы удерживать атмосферу, поэтому небо на Луне всегда чёрное, даже днём. Отсутствие атмосферы приводит также к резким перепадам температуры: освещённые солнцем участки разогреваются до 117°С, а попавшие в тень остывают до -153°С. Марс Марс – это планета, больше всего похожая на Землю: четыре времени года, ледяные полярные шапки, проточенные водой каньоны и сутки (период вращения) всего на 41 минуту длиннее наших. Марс – самая изученная планета. Учёные считают, если живые организмы на планете и были, то они уже давно погибли, поскольку среда стала для них слишком суровой. Цвет Марса в ночном небе вполне оправдывает его прозвище – Красная планета. Это объясняется ржаво-оранжевым оттенком грунта. Марс – холодная пустыня. Его атмосфера из углекислого газа слишком разрежена, чтобы удерживать солнечное тепло. поднимается до 27°С, зато ночью падает до -123°С. 22 Днём температура Южное полушарие планеты изрыто кратерами, а на северном господствуют плоские равнины – возможно, там были обширные озёра или даже океан. Местами возвышаются гигантские потухшие вулканы, например гора Олимп, высотой 24 км. Долина «Маринер» - это каньон длиной 4600 км. 23 2.3. Планеты гиганты Планеты-гиганты - четыре планеты Солнечной системы: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун; расположены за пределами кольца малых планет. Эти планеты, имеющие ряд сходных физических характеристик, также называют внешними планетами. В отличие от твердотельных планет земной группы, все они являются газовыми планетами, обладают значительно большими размерами и массами (вследствие чего давление в их недрах значительно выше), более низкой средней плотностью (близкой к средней Солнечной, 1,4 г/см?), мощными атмосферами, быстрым вращением, а также кольцами (в то время как у планет земной группы таковых нет) и большим количеством спутников. Почти все эти характеристики убывают от Юпитера к Нептуну. Юпитер Самая крупная из всех планет, Юпитер – шар из газов, в основном водорода и гелия (как и Солнце), с примесью воды, метана и аммиака. Твёрдой воды у него нет. Верхние слои газообразные. С повышением температуры и давления водород и гелий становятся жидкими. Ещё глубже водород приобретает свойства жидкого металла. В центре планеты находится маленькое железосиликатное твёрдое ядро, которое в 3 раза горячее поверхности Солнца. Сутки на Юпитере длятся менее 10 часов. Такое быстрое вращение создаёт постоянные ветры, они дуют со скоростью до 500 км/ч и несут длинные ленты цветных облаков. Светлые ленты называются зонами. Тёмные полосы между ними, пояса, - это просвечивающие более глубокие слои. Среди зон и поясов разбросаны овальные пятна – вихри, питаемые энергией ветра и тепла, идущего из недр планеты. Вихри могут длиться годами, а самый крупный из них, получивший название Большое Красное Пятно, астрономы наблюдают 300 с лишним лет. В 1610 г. Галилей разглядел в телескоп 4 спутника Юпитера: Ио, Европу, Ганимеда и Каллисто. Сейчас известно 16 спутников – от Ганимеда диаметром 24 5268 км до Леды с поперечником всего 16 км. В 1979 году космический зонд «Вояджер-1» обнаружил у Юпитера систему тонких колец, которые состоят из микроскопических пылинок. Сатурн Сатурн известен своими великолепными кольцами. С Земли мы хорошо видим 3 широких плотных кольца. Снаружи находится кольцо А; от самого широкого (25750 км) и яркого кольца В оно отделено тёмным промежутком шириной 4670 км – так называемым делением Кассини. Внутреннее, более узкое, кольцо С кажется бледным и полупрозрачным. С 1979 г. к Сатурну приближались три космических аппарата – «Пионер11», «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Они передали данные, по которым учёные определили, что эти кольца состоят из тысяч более узких колец, образованных множеством кусков льда. Даже внутри как будто пустого деления Кассини полно ледяных глыб. По мнению учёных, это обломки нескольких распавшихся спутников. Ледяные частицы постепенно слипаются и по спиралям медленно опускаются на планету. Через миллионы лет Сатурн поглотит свои кольца. Ветры у экватора Сатурна дуют со скоростью более 1600 км/ч. Атмосферных вихрей меньше, чем на Юпитере, поскольку недра холоднее. Однако примерно раз в 30 лет над его экватором взлетают огромные тучи из кристалликов застывшего аммиака. Уран В 1871 году Уильям Гершель, изучая в телескоп ночное небо, обнаружил Уран. Эта планета, открытая учёными нового времени. Её диаметр чуть ли не в четверо больше земного, но расстояние, отделяющее Уран от нас так велико, что сведения о планете смог собрать лишь космический аппарат «Вояджер-2», приблизившийся к нему в 1986 г. Уран как бы лежит на боку. Если наклон земной оси составляет 23.5°, то у него он равен почти 98°. Когда мимо пролетал «Вояджер-2», Южный полюс планеты был обращён к Солнцу, а Северный не освещён. Поверхность 25 выглядела ровной, сине-зелёной. Сине-зелёный оттенок придаёт планете газ метан, который находится в верхнем слое атмосферы. Этот газ отражает голубую часть солнечного спектра и поглощает красную. Подобно Солнцу, Уран состоит в основном из водорода и гелия. Твёрдой поверхности, как и у остальных планет-гигантов, у него нет. Уран сопровождают 5 спутников. Недавно обнаружено ещё 15 спутников, напоминающих астероиды. Нептун Нептун – самый далёкий от Солнца газовый гигант. Учёные открыли его только в 1846 г., когда обратили внимание на то, что орбиту Урана искажает притяжение неизвестной крупной планеты. Астрономы Джон Адамс в Англии и Урбен Леверье во Франции рассчитали, где должна находиться эта планета. Основную информацию о Нептуне смог дать только «Вояджер-2», пролетавший мимо в 1989г. По его данным, эта похожая на Уран планета такая же холодная и синяя, имеет некоторые отличия. Нептун – тоже шар из водорода. Гелия и метана. Однако наклон его оси близок к земному (29,6°), поэтому смена сезонов там не такая резкая, как у его соседа. Здесь бывают мощные бури. «Вояджер-2» заснял антициклон, названный Большим Тёмным Пятном, и быстро летящее облако из кристаллов метана – Скутер. В 1984 году астрономы открыли у Нептуна кольца, причём одно из них имеет арки. Два его спутника были известны до полёта «Вояджера», который обнаружил ещё 6. самый крупный – Тритон, диаметром 2706 км; поперечник Наяды всего 58 км. На Тритоне извергаются гейзеры, остальные спутники активности не проявляют. 26 2.4. Другие объекты Солнечной системы В Солнечной системе имеются две области, заполненные малыми телами. Пояс астероидов, находящийся между Марсом и Юпитером, сходен по составу с планетами земной группы, поскольку состоит из силикатов и металлов. Крупнейшими объектами пояса астероидов являются Церера, Паллада и Юнона. За орбитой Нептуна располагаются транснептуновые объекты, состоящие из замёрзших воды, аммиака и метана, крупнейшими из которых являются Плутон, Седна, Хаумеа, Макемаке и Эрида. Дополнительно к тысячам малых тел в этих двух областях другие разнообразные популяции малых тел, таких как кометы, метеороиды и космическая пыль, перемещаются по Солнечной системе. Шесть планет из восьми и три карликовые планеты окружены естественными спутниками. Каждая из внешних планет окружена кольцами пыли и других частиц. Солнечный ветер (поток плазмы от Солнца) создаёт пузырь в межзвездной среде, называемый гелиосферой, который простирается до края рассеянного диска. Гипотетическое облако Оорта, служащее источником долгопериодических комет, может простираться на расстояние примерно в тысячу раз больше по сравнению с гелиосферой. Плутон (карликовая планета) Плутон — крупнейшая по размерам, наряду с Эридой, карликовая планета Солнечной системы и девятое/десятое по величине небесное тело, обращающееся вокруг Солнца. Первоначально Плутон классифицировался как планета, однако сейчас он считается одним из крупнейших объектов (возможно, самым крупным) в поясе Койпера. Как и большинство объектов в поясе Койпера, Плутон состоит в основном из горных пород и льда и он относительно мал: его масса меньше массы Луны в пять раз, а объём — в три раза. У орбиты Плутона большой эксцентриситет и большой наклон относительно плоскости эклиптики. 27 Из-за эксцентриситета орбиты Плутон то приближается к Солнцу на расстояние 29,6 а. е. (4,4 млрд км), оказываясь к нему ближе Нептуна, то удаляется на 49,3 а. е. (7,4 млрд км). Плутон и его крупнейший спутник Харон часто рассматриваются в качестве двойной планеты, поскольку барицентр их системы находится вне обоих объектов. Международный астрономический союз (МАС) заявил о намерении дать формальное определение для двойных карликовых планет, а до этого момента Харон классифицируется как спутник Плутона. У Плутона имеются также два меньших спутника — Никта и Гидра — которые были открыты в 2005 году. Со дня своего открытия в 1930 и до 2006 года Плутон считался девятой планетой Солнечной системы. Однако в конце XX и начале XXI веков во внешней части Солнечной системы было открыто множество объектов. Среди них примечательны Квавар, Седна и особенно Эрида, которая на 27 % массивнее Плутона. 24 августа 2006 года МАС впервые дал определение термину «планета». Плутон не попадал под это определение, и МАС причислил его к новой категории карликовых планет вместе с Эридой и Церерой. После переклассификации Плутон был добавлен к списку малых планет и получил № (англ.) 134340 по каталогу Центра малых планет (ЦМП). Некоторые учёные продолжают считать, что Плутон должен быть переклассифицирован обратно в планет. 28 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таинство рождения Земли и других планет Солнечной системы волнует человеческий ум не одно тысячелетие. За это время люди совершили большой и трудный переход от наивных мифологических воззрений древних шумеров, ассирийцев, индусов до первых попыток научной постановки вопроса о происхождении Солнечной системы. Но даже сегодня, когда ученые строят достаточно точные модели черных дыр и нейтронных звезд, не существует теории, которая сумела бы объяснить происхождение Солнечной системы и все, известные сейчас ее особенности. Это связано с тем, что других подобных систем мы не наблюдаем. Нашу Солнечную систему не с чем пока сравнивать, хотя системы подобные ей, должны быть достаточно распространены и их возникновение должно быть не случайным, а закономерным явлениям. Удовлетворительная теория происхождения Солнечной системы должна объяснить огромную массу наблюдаемых фактов и не должна противоречить законам динамики и современной физики. Все гипотезы, выдвинутые до сих пор, были опровергнуты или остались недоказанными при строгом применении физической теории. Современное наступление на проблему идет менее прямым путем, чем прежни методы, опиравшиеся на всеобъемлющие гипотезы. Новый метод приносит плоды не так быстро, но он гораздо более надежен. Путем непосредственного изучения фактов можно определить физические условия, в которых развивались планеты, во все более сужающихся рамках. В конце концов, механизм их происхождения станет ясен. Интересно отметить, что современная наука определила возраст Земли, хотя детали ее происхождения окутаны мраком неизвестности. Древнейшие породы земной коры затвердели 4 млрд. лет назад, а сама Земля образовалась 4,6 млрд. лет назад. Измерение времени, прошедшего с тех пор, как Земля остыла, основывается на незначительных следах свинца, гелия и других элементов, оставшихся в породах после распада радиоактивных элементов. 29 Изучение метеоритов и образцов лунного грунта показывает, что их возраст в твердом состоянии не превышает возраста Земли. Поскольку метеориты – это составляющая Солнечной системы, можно сделать вывод, что Солнечная система имеет такой же возраст. Поэтому изучение происхождения Земли равносильно изучению происхождения Солнечной системы. Удовлетворительная теория происхождения Солнечной системы должна быть достаточно гибкой, чтобы объяснить большой объем разнообразных данных, собранных о телах Солнечной системы. Видимо поэтому нет единой, общепризнанной, идеальной теории происхождения Солнечной системы. 30 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Стрельник О.Н. Концепции современного естествознания: конспект лекций. - М.: Высшее образование, 2008 - 224 с. 2. Житомирский С.В., Итальянская Е.Г. Астрономия. - М.: Росмэн-пресс, 2007 -128 с. 3. Карпенков С.Х. Концепция современного естествознания. М.: Высш. шк., 2003. — 488 с. 4. Громов А.Н. Удивительная Солнечная система. М.: Эксмо, 2012. -470 с. с. 12-15, 239-241, 252-254, 267-270. 5. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции естествознания — М.: Дашков и К, 2007. — 540 с. 6. http://ru.wikipedia.org 31 современного
