•   Сделать стартовой   •   Добавить в избранное   •   Сегодня
Лекции  
Введение  
Тема 1  
Тема 2  
Тема 3  
Тема 4  
Тема 5  
Тема 6  
Тема 7  
Тема 8  
Тема 9  
Тема 10  
Тема 11  
Тема 12  
Тема 13  
Тема 14  

Скачать  
Введение  
Тема 1  
Тема 2  
Тема 3  
Тема 4  
Тема 5  
Тема 6  
Тема 7  
Тема 8  
Тема 9  
Тема 10  
Тема 11  
Тема 12  
Тема 13  
Тема 14  
  Добро пожаловать на наш информационный ресурс!  

Тема 8

Солнечная система



Сначала вспомним, что Солнечная система расположена в Галактике с поэтическим названием - Млечный путь.
В Галактике выделяют три основных структурных элемента:
1. Гигантский диск (похожий на две сложенные краями тарелки) из звезд, газа и пыли диаметром около ста тысяч световых лет и толщиной несколько тысяч световых лет;
2. Сферическая подсистема Галактики, содержащая около ста миллиардов звезд. Диаметр сферической подсистемы примерно равен диаметру диска. Звезды сферической подсистемы движутся по всевозможным направлениям, но плоскости сильно вытянутых орбит проходят через центр Галактики. Различие между скоростями даже пространственно близких звезд очень велико - составляет сотни километров в секунду.
3. Сферическое гало (корона), линейный размер которого примерно в 10 раз больше диаметра диска. Гало состоит, главным образом, из темного вещества, которое нельзя увидеть, а можно только обнаружить по сильному тяготению.



Центральная, наиболее плотная часть диска в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется балдж (bulge – вздутие). В балдже (размер которого 3-7 кпк) сосредоточено почти все молекулярное вещество межзвездной среды; там находится наибольшее количество пульсаров, остатков сверхновых и источников инфракрасного излучения. В центре Галактики предполагается существование массивной черной дыры.



В диске находятся спиральные ветви (рукава). Молодые звезды и очаги звездообразования расположены, в основном, вдоль рукавов. В звездном диске между спиральными рукавами расположено Солнце.



Наше Солнце - одна из звезд на периферии Галактики вблизи от ее экваториальной плоскости. Расстояние от Солнца до ядра Галактики составляет около 30 тыс. световых лет.
(Детский вопросик: хорошо или плохо, что мы расположены на краю Солнечной системы?)

 Солнце и ближайшие звезды

 В радиусе около 5 парсек от Солнца насчитывается около 100 звезд, и они все исследованы: оказалось, что большинство из них - слабые красные карлики с массой в 3-10 раз меньше массы Солнца. Звезд, похожих на Солнце, т.е. желтых карликов, около 6 %. Слабый красный карлик Проксима, компонент тройной системы a-Центавра, считается ближайшей от Солнца звездой. Расстояние до Проксимы - 1,31 пк, т.е. свет от нее идет 4,2 года.

Расстояние от Солнца до ядра Галактики составляет около 30 тыс. световых лет.
Солнце - желтый карлик, звезда 2 или 3 поколения; вокруг Солнца вращаются планеты.

 


Движенья нет, сказал мудрец брадатый.
Другой смолчал и стал пред ним ходить.
Сильнее бы не мог он возразить;
Хвалили все ответ замысловатый.
Но, господа, забавный случай сей
Другой пример на память мне приводит:
Ведь каждый день пред нами солнце ходит,
Однако ж прав упрямый Галилей.

А.С.Пушкин, 1825 год


Напомним основные факты о нашей Солнечной системе

  1. Время образования – 4,5-5 млрд. лет назад.
  2. В Солнечной системе осталось 8 планет. Такое решение принято 24 августа 2006 года в Праге на 26-й Ассамблее Международного астрономического союза.
  3. Основная масса системы сосредоточена в Солнце (~99.9%), но 99% момента количества движения ("запаса вращения" системы) связано с движением планет.
  4. Все планеты условно делятся на 2 группы:
    1. Меркурий, Венера, Земля, Марс - планеты небольшого размера с плотностью p=3-5.5 г/см3 и имеющие сходный состав (силикаты, металлы);
    2. Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун - планеты - гиганты с небольшой плотностью p=1-2 г/см3, состоящие из газов (водород, гелий);
  5. Необходимо также выделить пояс астероидов, занимающий место между Марсом и Юпитером.
  6. Орбиты всех планет – эллиптические (но почти круговые), и все они (за исключением орбиты Плутона) лежат примерно в плоскости эклиптики (в плоскости Солнечного экватора).
  7. Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении (совпадающем с направлением вращения Солнца), как и почти все спутники вокруг своих планет.
  8. Большинство планет вращаются вокруг своих осей в том же направлении, что и Солнце (за исключением Венеры, которая очень медленно вращается в обратном направлении, и Урана, который вращается как бы лежа на боку).
  9. Вокруг шести планет «крутятся» естественные спутники (спутники есть и у трех карликовых планет).
  10. Расстояния планет от Солнца подчиняются эмпирическим формулам и, например, составляют некоторую прогрессию, определяемую правилом Тициуса-Боде.
  11. За орбитой Нептуна располагаются пять крупных индивидуальных объектов— Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида, которые называют карликовыми планетами. Они имеют, за счет собственной гравитации, форму, близкую к шару, и состоят, главным образом, из замёрзших воды, аммиака и метана. Кроме того, существуют тысячи малых тел, таких как кометы, метеороиды и космическая пыль, которые перемещаются по Солнечной системе.
После передела Солнечная система стала выглядеть удивительно гармонично: планеты земной группы — пояс астероидов — планеты-гиганты — пояс Койпера. Среди планет воцарился порядок, какой и должен быть в системе, населенной разумными представителями Вселенной.



Гипотезы происхождения Солнечной системы.


Объединенная гипотеза Канта-Лапласа - Солнечная система возникла из газопылевой туманности. Немецкий философ И. Кант в 1755 году впервые изложил «небулярную гипотезу» о возникновении Солнечной системы из огромного плотного, плоского пылевого облака рассеянного вещества, вращающегося вокруг Солнца. В 1796 году французский ученый Пьер Симон Лаплас описал образование Солнца и Солнечной системы из медленно вращающейся раскаленной газовой туманности. Под действием гравитации центральная часть туманности сжималась, скорость вращения увеличивалась, поэтому часть газового облака отделилась от центрального сгустка в виде отдельного газового кольца. Продолжавшееся сжатие и ускорение вращения приводили к отслоению кольца за кольцом. Затем при охлаждении в силу флуктуаций в каждом отдельном кольце возникали неоднородности плотности образующихся плотных частей, а затем в игру вступал закон всемирного тяготения и наиболее плотная часть кольца притягивала к себе остальное вещество кольца – возникал зародыш планет. При дальнейшем охлаждении газовые сгустки затвердели и образовались планеты. Но потом стало ясно, что Земля никогда не была ни газовой, ни раскаленной, а отрыв вещества должен был происходить непрерывно, без образования колец. Кроме того, модель Канта-Лапласа не объясняет необычное распределение момента количества движения в Солнечной системе.

Гипотеза Джинса образования планет Солнечной системы. В 1916 году Джеймсом Джинсом была предположена гипотеза, в которой образование планет объяснялось близким прохождением около Солнца другой звезды. За счет приливных сил из Солнца была выброшена струя газа, которая впоследствии распалась на «капли» и из которых впоследствии и сформировались планеты. Однако в настоящее время специалисты не поддерживают эту теорию, поскольку оказалось, что для того, чтобы вырвать вещество из Солнца, звезда должна была пролететь очень близко от него, а вероятность такого события очень мала (звезды все-таки находятся очень далеко друг от друга!).



В 1935 году Рассел предположил, что Солнце было двойной звездой. Вторая звезда была разорвана силами гравитации при тесном сближении с другой, третьей звездой. Девятью годами позже Хойл высказал теорию, что Солнце было двойной звездой, причем вторая звезда прошла весь путь эволюции и взорвалась как сверхновая, сбросив всю оболочку. Из остатков этой оболочки и образовалась планетная система.

В сороковых годах ХХ века советский астроном Отто Шмидт предположил, что Солнце захватило при обращении вокруг Галактики облако пыли. Из вещества этого огромного холодного пылевого облака сформировались холодные плотные допланетные тела – планетезимали.

 

Элементы многих из перечисленных выше теорий использует современная космогония. Сегодняшний уровень развития науки четко указывает, что невозможно построить модель солнечной системы с учетом только гравитационных сил. Шведские астрофизики Х.Альвен и Г.Аррениус разрабатывают модель, учитывающую влияние различных процессов - гравитационных, магнитогидродинамических, электромагнитных и плазменных.


Согласно современным представлениям, образование Солнечной системы около 5 млрд. лет назад происходило следующим образом в четыре этапа:


* Первоначальное газопылевое облако достигло заметной плотности и начало сжиматься под действием гравитационных сил. Это облако уже содержало не только первичные водород и гелий, но и многочисленные тяжёлые элементы (металлы). Планетная система формируется из того же протозвездного пылевого вещества, что и звезда, и в те же сроки.

* Газопылевое облако сжимается и раскручивается вокруг центральной части, в результате происходит формирование облака в виде характерного диска. Центральная часть сжимается самостоятельно, что указывает на образование протозвезды. Другая часть облака с массой, примерно в десять раз меньше центральной части, продолжает медленно вращаться вокруг центрального утолщения, а на периферии каждый фрагмент сжимается самостоятельно.
* Необходимо обратить внимание на одно очень важное обстоятельство: по всей видимости, молодое Солнце имело собственное магнитное поле. Это привело к тому, что вещество диска, которое впоследствии превратится в планеты, уносит от Солнца львиную долю вращательного момента. В сжимающемся газопылевом облаке возрастает кинетическая энергия, т.е. растет температура облака, при этом наиболее сильно нагревались центральные области диска. Часть вещества, обладающая избыточным моментом вращения, образует тонкий газопылевой слой – газопылевой диск. Вокруг протозвезды формируется протопланетное облако – пылевой субдиск. В этом протопланетном облаке начинают формироваться сгустки материи, которые служат центрами притяжения и за счет действия молекулярных сил образуются достаточно массивные тела – планетезимали (рис. 8а). .

* В процессе формирования планетной системы часть планетезималей разрушилась в результате столкновений, а часть объединилась. Образуется рой допланетных тел размером около 1 км, количество таких тел очень велико – миллиарды. .

* Протозвезда разогревается до миллионов градусов и в центральной области протозвезды начинают протекать термоядерная реакция «горения» водорода, т.е. образуется обычная звезда. Во внешней области диска крупные сгущения образовали планеты, вращающиеся вокруг центрального светила примерно в одной плоскости и в одном направлении. Из-за высокой температуры звезды внутренние области протопланетного облака испаряются, а под действием солнечного ветра и давления света легкие химические элементы (водород и гелий) оттесняются из окрестностей молодой звезды. В результате ближние планеты земного типа оказываются небольшими и относительно плотными из-за преобладания в их составе тяжелых химических элементов — в Солнечной системе к этой категории относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс. Таким образом, ученые считают, что планеты земной группы сформировались из веществ, конденсирующихся при высоких температурах, ближе современного пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера. Состав планет земной группы свидетельствуют о том, что их образование происходило при отсутствии легких газов, но зато с участием каменистых частиц и тел, содержавших различное количество железа и других металлов. В далекой области от звезды образуется более холодная зона с температурой примерно 50 К и там сформировались планеты из относительно легких химических элементов. В результате сформировались сверхмассивные твердокристаллические ядра из скальных пород и льда. Их мощное гравитационное поле привлекло из окрестных газопылевых скоплений значительные объемы легких и летучих веществ — гелия и водорода, образовавших их океаны и/или атмосферу: образовались так называемые газовые гиганты Солнечной системы - Юпитер, Сатурн, Уран. При огромных по сравнению с планетами земного типа размерах эти планеты характеризуются очень низкой средней плотностью вещества. Известно, что по мере удаления от Солнца увеличивается число тел, содержащих обогащенные водой минералы и некоторые летучие вещества. Крупнейшие спутники Юпитера – Ганимед и Каллисто – наполовину состоят из воды. Эти данные свидетельствуют о том, что водяной лед конденсировался во всей зоне формирования Юпитера. В области тех внешних планет, которые формировались при еще более низких температурах, в составе пылинок оказались льды аммиака и метена, твердая углекислота и другие замерзшие летучие соединения (об этом свидетельствует химический состав кометных ядер, прилетающих к нам с далекой периферии Солнечной системы).

Планета Земля.

Самоорганизующаяся система - Земля:
Разрушение упорядоченности (например, наступление пустынь) и - образование упорядоченных подсистем (например, биосфера).
Большая часть наук непосредственно связана с Землей - геология, география, биология, все гуманитарные науки.

 Лишь физика, химия и математика - общие науки.


Радиус Земли - 6378 км, масса - 5.98*1024 кг.

Сильное магнитное поле

Гипотезы происхождения Луны:

  1. Луна - на первоначальной стадии (не успев стать планетой) была захвачена Землей.
  2. Сначала Луна образовалась как планета, и лишь затем была захвачена Землей.
  3. Происхождение Луны в результате катастрофы - ПротоЗемля столкнулась с ПротоМарсом, в результате чего от Земли отделился кусок вещества (на месте впадины Тихого океана).

Рельеф земной поверхности - глобальная асимметрия двух полушарий - северного и южного. Южное полушарие - впадина (океан).

Внутренние силы - землетрясения и извержения вулканов, но они также действуют постоянно и незаметно и за миллионы лет изменяют облик Земли.
Главные черты рельефа Земли - континенты и океаны. Континенты возвышаются над ложем океанов в среднем почти на 6 км; с учетом максимальной глубины океанов (11 км) и высоты гор (9 км) оказывается, что размах земного рельефа составляет 20 км. Континенты сложены в основном гранитами и гнейсами (горными породами), а ложе океанов состоит из базальтов. Кора континентов намного толще (в среднем 35-40 км), чем кора океанов (5-7 км).

Строение глубинных оболочек Земли.

Верхняя часть верхней мантии и земная кора - литосфера.

Литосфера - из отдельных литосферных плит, которые осуществляют движение по астеносфере - размягченном (возможно, частично и жидком) глубинном слое с небольшой вязкостью. Согласно современным представлениям, в составе мантии преобладает сравнительно небольшая группа химических элементов: Si, Mg, Fe, Al, Ca и O. Внутреннее (твердое) и внешнее (жидкое) ядра Земли состоят не только из металлического железа, но также содержат Si, O, S и даже водород. Новые научные данные позволяют говорить о том, что жидкое ядро Земли больше похоже на желе, чем на жидкость (т.е. имеет достаточно большую вязкость). По мере продвижения к центру Земли вязкость увеличивается, и желе переходит в твердое тело, но не кристаллическое (как предполагалось ранее), а аморфное (т.е. внутреннее твердое ядро на основе железа является стеклом).

Концепция тектоники литосферных плит.

Кора современных континентов в основном древняя, в среднем не моложе 2 млрд. лет, а кора океанов нигде не старше 180 млн. лет. Это объясняется тем, что в океанах постоянно происходит процесс обновления коры и именно с этим связано образование основных черт океанского ложа.
Для ранней Земли основная энергия поставлялась радиоактивными распадами некоторых элементов (например, калия 40К). Разогретые потоки вещества из горячих центральных областей Земли за счет конвекции идут к поверхности планеты, а нисходящие потоки уносят вещество поверхности в глубь Земли.


Формировавшаяся литосфера оказалась разбитой на отдельные плиты. Замкнутые конвективные потоки создают горизонтальные направления сил, движущих плиты. Вдоль границ литосферных плит расположены зоны повышенной тектонической активности.

Прослеживая движения материковых массивов в обратном направлении к их исходным позициям, можно заметить, что континенты, окружающие Атлантический океан, когда-то были частями единого массива суши, расколовшегося около 180 млн. лет назад. Гипотезу дрейфа континентов активно пропагандировал немецкий геофизик Альфред Вегенер, который связал вместе совпадение очертаний береговых линий материков (геоморфологические признаки), продолжение геологических пород возрастом более 180 млн. лет за пределы континентов (геологические признаки), совпадение направлений намагниченности предполагаемых разломов (палеомагнитные данные), сведения о распространении геологических видов и климатических зон (палеоботаника и палеоклиматология).

Можно ожидать, что жизнь суперконтинента длится около 100 млн. лет. Океаны, образующиеся при расколе суперконтинента, не могут существовать более 400 млн. лет. Таким образом, каждые 500 млн. лет все континенты собираются в единый массив суши.

История Пангеи







Гидросфера и атмосфера.

Самые верхние оболочки Земли, гидросфера и атмосфера имеют очень незначительную массу, и возникли на самых ранних стадиях формирования планеты. Ученые предполагают, что Земля подвергалась бомбардировке планетезималиями (вещество газопылевого облака). Удары сопровождались сильным локальным разогревом и плавлением земных пород и планетезималий. При этом выделялись газы и пары, содержащиеся в породах. Пары воды конденсировались, образуя гидросферу. В результате ударной дегазации Земля теряла водород и гелий, но сохраняла более тяжелые газы. Кроме ударной дегазации, часть воды и атмосферы образовались за счет вулканической деятельности.

Обе внешние оболочки активно взаимодействуют друг с другом и с остальными оболочками Земли. Каждая из этих оболочек представляет собой открытую систему, способную к саморегуляции и самоорганизации.




Мы обсудили еще одну интересную тему. В награду упорным и любознательным - 2 рисунка:

  Наверх

Дополнительные материалы  

Тема 8

moon

NASA объяснило присутствие золота и платины на Земле

on_mars

В Галактике найдены загадочные сверхгигантские пузыри

Вегенер(А.Фитц)

Внутреннее строение Земли

Вся история звездообразования в

Железо во Вселенной появилось очень быстро.

Загадки солнечных нейтрино (С.С.Герштейн).

Звездочёты расчленили солнечную смерть

Луна

Лучик надежды для теории Солнца

магнитная_пена_СолнСистема

Открыто космическое происхождение атмосферы Земли

Охотник за смертельными астероидами заработал на полную

Планетная_система

Планеты и звезды рождются одинаково

Солнечная активность

Солнце будет светить нам еще 5 миллиардов лет

Солнце оказалось гораздо горячее

Тектоника_плит

Хаотична ли Солнечная система

Экзопланеты

Ядро_Земли



kaplya@softhome.net