Современные концепции космологии: Солнечная система

Контрольная работа по предмету «КСЕ»
Информация о работе
  • Тема: Современные концепции космологии: Солнечная система
  • Количество скачиваний: 2
  • Тип: Контрольная работа
  • Предмет: КСЕ
  • Количество страниц: 24
  • Язык работы: Русский язык
  • Дата загрузки: 2015-01-16 05:36:47
  • Размер файла: 696.85 кб
Помогла работа? Поделись ссылкой
Ссылка на страницу (выберите нужный вариант)
  • Современные концепции космологии: Солнечная система [Электронный ресурс]. – URL: https://www.sesiya.ru/kontrolnaya-rabota/kse/1275-sovremennye-koncepcii-kosmologii-solnechnaya-sistema/ (дата обращения: 04.08.2021).
  • Современные концепции космологии: Солнечная система // https://www.sesiya.ru/kontrolnaya-rabota/kse/1275-sovremennye-koncepcii-kosmologii-solnechnaya-sistema/.
Есть ненужная работа?

Добавь её на сайт, помоги студентам и школьникам выполнять работы самостоятельно

добавить работу
Обратиться за помощью в подготовке работы

Заполнение формы не обязывает Вас к заказу

Информация о документе

Документ предоставляется как есть, мы не несем ответственности, за правильность представленной в нём информации. Используя информацию для подготовки своей работы необходимо помнить, что текст работы может быть устаревшим, работа может не пройти проверку на заимствования.

Если Вы являетесь автором текста представленного на данной странице и не хотите чтобы он был размешён на нашем сайте напишите об этом перейдя по ссылке: «Правообладателям»

Можно ли скачать документ с работой

Да, скачать документ можно бесплатно, без регистрации перейдя по ссылке:

МИНОБРНАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»











КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине « Концепции современного естествознания »
Тема: Современные концепции космологии: Солнечная система.









Работа выполнена студентом 2 курса 2.3 группы ОЗО




Проверил: Пазина






Ростов-на-Дону
2014
Содержание

1) Введение...................................................................................................................3
2) Концепции происхождения и эволюции Солнечной системы и Земли......4-14
3) Состав и планеты Солнечной системы.....................................................................................
4) Земля среди других планет Солнечной системы.
5) Геосферы Земли.






































Введение

Космология представляет собой современное направление глобального эволюционизма, которая рассматривает вселенную (Метагалактику) как структуру, как единое целое. Космологические концепции рассматривают проблемы общих закономерностей строения и эволюции вселенной, материи, пространства, времени. Одна из удивительнейших и интереснейших загадок современного естествознания – это происхождение и эволюция вселенной. Она важна для нас не только как чисто познавательная сущность. Процессы, происходящие в ближайшем и отдаленном космосе, оказывают прямое воздействие на эволюцию всего живого на Земле. Термоядерный синтез элементов, происходящий на Солнце и в далеких звездах, дает в руки человечеству надежду овладеть им 1 в целях не только выживания в будущем, но и познания вселенной. Однако для того, чтобы оценить степень воздействия вселенной на все живое на Земле, надо иметь представление о процессах, которые происходят в глубинах самой вселенной…
С происхождением и эволюцией вселенной связаны проблемы происхождения и эволюции нашей Солнечной системы, Земли, жизни на ней. И нам интересно знать, что происходило в прошлом, и что нас ждет в ближайшем и отдалённом будущем. Вся сложность изучения вселенной заключена в громадных расстояниях, разделяющих звезды, звездные скопления, туманности, галактики. Однако человечество научилось оценивать эти расстояния различными методами. Результатом исследований обозримой части вселенной явились грандиозные открытия ХIХ и ХХ веков, которые стимулировали колоссальные темпы изучения происходящих в ней процессов.
















Концепции происхождения и эволюции Солнечной системы и Земли.

Теория происхождения и эволюции Солнечной системы и Земли должна объяснить длинный ряд наблюдённых фактов, причём эта теория не должна противоречить принципам механики и современной физики. Все гипотезы, предложенные до настоящего времени, оказались несостоятельными при проверке их с точки зрения новейшей физической теории. Современный подход к разрешению поставленной проблемы не отличается той прямотой и непосредственностью, которая была характерна для старых методов, целиком основанных на какой-либо одной всеобъемлющей гипотезе. Новый метод может быть медленнее, но он несравненно надёжнее. Путём непосредственного изучения фактов мы постепенно всё более точно устанавливаем физические условия, при которых образовались планеты. Поступая так, мы в конце концов уясним себе сущность этого процесса.

В настоящей главе мы прежде всего сопоставим друг с другом некоторые из наиболее важных наблюдений, относящихся к данной проблеме, затем дадим краткий обзор старых гипотез и их наиболее очевидных недостатков и, наконец, проследим первые ступени современного способа подхода к разрешению поставленной задачи.

Характерно, что при современном уровне знаний мы в состоянии определить возраст Земли, в то время как её происхождение остаётся для нас загадкой. Наиболее древние породы в земной коре затвердели около двух миллиардов лет назад. Радиоактивные вещества, заключённые внутри пород, распадаясь, оставляют мельчайшие следы свинца и гелия, что даёт нам меру времени, протекшего с тех пор, как Земля охладилась. Исследования метеоритов показывают, что ни один из гостей, залетевших к нам из межпланетного пространства, не находился в твёрдом состоянии значительно дольше, чем породы, входящие в состав земной коры. Метеориты представляют собой тела солнечной системы (Ведущиеся в настоящее время исследования заставляют предполагать, что орбиты метеоритов относительно Солнца являются эллипсами, а не гиперболами), то мы можем заключить, что вся система имеет тот же возраст, что и Земля. Тогда проблема происхождения Земли является в то же время проблемой происхождения всей системы в целом. Приблизительно три миллиарда лет назад произошло какое-то событие, в результате которого образовались планеты и возникли тот порядок и те закономерности, которые мы наблюдаем в настоящее время.

Исключительная правильность поражает нас в движениях планет. Планеты и многочисленные астероиды движутся в одном и том же направлении, почти в одной и той же плоскости. Значительное большинство спутников обращается вокруг своих планет в этой же самой плоскости и в том же направлении. Более того, и само Солнце и все планеты, за исключением одной, обнаруживают такое же постоянство в их вращении вокруг собственной оси. Даже кольца Сатурна разделяют общее движение.

Общее движение, присущее столь большому числу тел, наводит на мысль о каком-то общем начальном вращательном импульсе. Действительно, планеты обладают таким большим моментом количества движения, что старые, эволюционные гипотезы оказались несостоятельными в одном отношении: они не могут объяснить величину момента количества движения большинства планет. Когда планета ближе к Солнцу, она движется быстрее, чем тогда, когда она дальше от Солнца. Никакая сила, направленная к Солнцу или от него, не может изменить момент количества движения планеты. Только произведённое извне торможение или толчок вдоль орбиты могут его уменьшить или увеличить.

Юпитер со своей громадной массой несёт около 60% всего момента количества движения солнечной системы. На четыре гигантские планеты, вместе взятые, приходится 98% общего момента количества движения, а на планеты земной группы только 1/5%. Солнце, обладая массой, в 1000 раз большей массы Юпитера, вращается так медленно, что его момент количества движения составляет всего около 2% момента всей системы. Если бы все планеты упали на Солнце и передали бы ему присущий им в настоящее время момент количества движения, то период вращения увеличенного таким образом Солнца был бы равен 12 часам, а не месяцу.

Для того чтобы какую-либо гипотезу происхождения солнечной системы можно было считать удовлетворительной, она должна прежде всего объяснить существование планет, спутников и астероидов. Далее, она должна объяснить, каким образом эти небесные тела были приведены в движение, обладающее указанными выше замечательными свойствами, и, наконец, эта гипотеза должна теоретически обосновать наличие у системы наблюдаемого момента количества движения. Было предложено два типа гипотез. Согласно гипотезам первого типа, солнечная система сгустилась из гигантского облака раскалённых газов. Согласно гипотезам второго типа, планеты были отторгнуты от Солнца при встрече с проходящей звездой. Ни ту, ни другую гипотезу нельзя считать удовлетворительной, но обе они значительно способствовали развитию астрономии, толкая научную мысль вперёд.

Дольше всех остальных пользовалась признанием гипотеза, предложенная великим французским математиком и астрономом Лапласом. Согласно небулярной гипотезе Лапласа, вращающаяся и сплющенная туманность, состоящая из разрежённой материи, медленно охлаждалась и сжималась. От этой туманности в плоскости её вращения отделялись последовательные кольца материи. Кольца сгущались, образуя планеты нашей солнечной системы. Большая часть материи сгустилась, образовав Солнце. В пространстве между современными орбитами Марса и Юпитера кольцо не "сгустилось", и вместо планеты образовалось множество астероидов. прил 1(книге X. Шепли "Галактики", Гостехиздат, 1947)
Небулярная гипотеза является несостоятельной по многим соображениям, в частности потому, что скорость вращения, достаточная для отделения небулярных колец на тех расстояниях, на которых находятся планеты в настоящее время, сообщила бы ядру момент количества движения, во много раз превышающий момент количества движения колец. Согласно небулярной гипотезе, Солнце должно было бы обладать большим моментом количества движения, чем все планеты, взятые вместе, а не одной пятидесятой этой величины. Далее, Максвелл британский физик, математик и механик показал, что жидкое кольцо не может сгуститься в большие планеты, но должно превратиться в кольцо планетоидов, подобное кольцам Сатурна или поясу астероидов.прил 2
Гипотезы столкновения или встречи пытались преодолеть затруднение, связанное с моментом количества движения. Если бы какая-то звезда столкнулась с Солнцем или прошла весьма близко от него, то часть вещества была бы извергнута с поверхности Солнца и могла бы сгуститься, образовав планеты. Были продуманы различные варианты гипотезы столкновений. Согласно планетезимальной гипотезе, предложенной в начале текущего столетия Чемберленом и Мультоном, проходящая звезда должна была вызвать на Солнце гигантские приливы. Значительное количество вещества, во много раз превышающее массы планет, было бы в этом случае выброшено с поверхности Солнца и закрутилось бы спирально вокруг него под влиянием проходящей звезды. Большая часть вещества была бы потеряна в пространстве или упала обратно на Солнце, но часть осталась бы, приобретя движение по очень вытянутым эллипсам. Газы сгустились бы в небольшие частички, планетезимали, и с течением времени большие частички притянули бы к себе меньшие, в результате чего образовались бы планеты. Быстрое движение проходящей звезды сообщило бы системе момент количества движения достаточный для орбитального движения планет, для их вращений и для обращений систем спутников. В пределах двадцати миллионов лет после столкновения образование планет в основном было бы закончено.
приложение3
Джеймс Джине и Гарольд Джеффрис, будучи физиками и астрономами, предложили другую версию такого столкновения. В своей приливной гипотезе они утверждают, что проходящая звезда должна была вырвать из Солнца длинную приливную струю. Внутренняя часть струи вернулась на Солнце, внешняя часть её рассеялась в пространстве. Центральная часть образовала полосу чёткообразных сгущений, зародышей планет. Позднее Джеффрис отказался от приливной гипотезы как от несостоятельной и высказал вместо неё гипотезу столкновения, по которой приближающаяся звезда в своём движении действительно задела Солнце. Последующие явления образования приливной струи и образования планет протекают, согласно гипотезе Джеффриса, в основном так же, как и в первоначальной приливной гипотезе. Против всех изложенных выше гипотез столкновения или встречи был выдвинут ряд весьма серьёзных возражений. В частности математический анализ показывает, что эти гипотезы не могут объяснить наблюдаемого распределения момента количества движения в солнечной системе (Чрезвычайно важные исследования, окончательно доказавшие, что распределение момента количества движения остаётся в гипотезе Джинса необъяснённым, были проведены московским астрономом Н. Н. Парийским. (Прим. ред.))). Позднее было выдвинуто существенное возражение другого рода.

Шпитцер доказал теоретически, что планеты не могут быть образованы непосредственной конденсацией вещества, исторгнутого некоторой силой с поверхности или из внутренних слоев Солнца. Всякая звезда типа Солнца состоит целиком из перегретых газов. На той глубине, над которой находится достаточное количество вещества, чтобы из него либо вследствие приливного действия, либо благодаря столкновению могли образоваться планеты, температура составляет примерно около 10 000 000° С. Эти невероятно горячие газы расширились бы и разлетелись, если бы не огромное давление (Как считает Рассел, по меньшей мере в миллион атмосфер) верхних слоев, которые притягиваются к центру огромной силой притяжения, действующей на поверхности Солнца. Однако при выбросе значительного количества вещества Солнца в результате приливного действия или же в результате столкновения давление прекращается, и газы получают возможность мгновенно расшириться. Во время столкновения обе звезды будут находиться в контакте всего час или два, и извержение или выброс вещества Солнца будет происходить со скоростью сотен километров в секунду. Шпитцер показал, что газы буквально взорвутся уже через несколько минут после их освобождения, задолго до того, как могло бы произойти охлаждение вследствие излучения. Внутреннее гравитационное притяжение массы, даже вдвое превосходящей массу Юпитера, не сможет сдержать давления газов и не даст им возможности сконденсироваться. Отсюда следует, что планеты не могли быть образованы непосредственно из вещества, выброшенного из Солнца в результате какой-то катастрофы.

Наименее спорным объяснением происхождения планетной системы остаётся, планетезимальная гипотеза в какой-либо её форме. Положения, высказанные Шпитцером, не были приложены математически к образованию плаиетезималей - объектов, образовавшихся из пыли, камня и других материалов, но безусловно справедливо, что лишь ничтожная часть газов, извергнутых из Солнца, пойдёт на образование планет. Более того, для этого, по-видимому, требуется столкновение со звездой, а не только встреча.

Таким образом против каждой из предложенных до сих пор гипотез происхождения планет существуют веские возражения. Дальнейшее перечисление этих доводов не входит в план настоящей главьь Однако эволюция планет может быть до некоторой степени обрисована на основе материала наблюдений, изложенного в предыдущих главах. Сопоставление физических характеристик планет приводит к результатам, не менее поразительным, чем сходство их движений, и, может быть, столь же существенным.

Меркурий и Луна лишены атмосферы, и плотность их примерно соответствует плотности обычных горных пород; уплотнение к центру в этих небесных телах весьма незначительно. Марс - несколько больше, обладает некоторой атмосферой, и также характеризуется малым уплотнением к центру (Согласно вычислениям, основанным на учёте его сжатия и вращения). Кроме того, он несколько плотнее; плотность его примерно в четыре раза превышает плотность воды. Земля и Венера окружены обширной атмосферой; они гораздо плотнее упомянутых выше планет и обнаруживают значительное уплотнение к центру. Планеты-гиганты представляют собой предельный случай больших атмосфер, низкой средней плотности и большой концентрации вещества по направлению к центру. Наличие такой правильной последовательности физических свойств не может быть случайным. Оно должно быть каким-то образом связано с массами планет и с процессом их образования (У планет земной группы возрастание плотности с увеличением размеров вызвано, как показал Б. Ю. Левин, увеличением давления в недрах и, следовательно, более сжатым состоянием вещества. Планеты-гиганты окружены мощными атмосферами, протяжённость которых неизвестна, и потому их плотность - это средняя плотность ядра и атмосферы.

Отсутствие атмосферы на Луне и на Меркурии было объяснено малым притяжением на поверхности этих тел и, следовательно, малыми критическими скоростями. Но Земля могла бы удержать атмосферу, в сотни раз более плотную, чем наша современная атмосфера. Почему же только планеты-гиганты окружены огромными газовыми покровами, а Земля, Марс и Плутон обладают сравнительно тонкой атмосферой или совсем лишены её? Этот вопрос является основным.

Мы должны сделать вывод, что на некоторой ступени своего развития массивная планета может приобрести больше атмосферного вещества, чем планета менее массивная, или что она может удержать больше уже имеющихся на ней газов. Сравнение состава атмосфер различных планет между собой проливает свет на этот вопрос. Атмосферы Земли и Венеры состоят из азота, кислорода, углерода и водорода, образующих воду или формальдегид. Однако в кристаллических породах Земли находится гораздо больше кислорода в различных соединениях, чем в атмосфере. На планетах-гигантах наблюдается гораздо большее изобилие лёгких газов - водорода и, возможно, гелия. По каким-то причинам эти более массивные планеты приобрели или удержали лёгкие газы, которые сравнительно редки на планетах земной группы. Очень показательно, что внешние слои Солнца состоят почти целиком из водорода с довольно большим количеством гелия и очень небольшим процентным содержанием металлов. Кроме того, относительные количества металлов на Солнце и на Земле весьма близкц (Подробный анализ сравнения количества элементов и изложение теорий происхождения и эволюции солнечной системы имеются в книге Рассела "Солнечная система и её происхождение". [Русский перевод издан Гостехиздатом в 1945 г.] Соображения, изложенные автором в настоящей главе, в значительной степени основаны на взглядах проф. Рассела)).

Теперь мы в состоянии оценить вероятности двух процессов, посредством которых могли образоваться планеты: А) Планеты весьма быстро сгустились из каких-то протяжённых масс и Б) Они образовались в результате медленного приращения материи в виде планетезималей. Если процесс приращения массы шёл достаточно быстро, чтобы на поверхности растущей планеты могла поддерживаться очень высокая температура, то мы вряд ли сможем провести различие между процессами А) и Б), и действительно, между ними почти не будет существенной разницы.

Согласно процессу Б), ядра планет были когда-то очень малы. Критические скорости также были малы, и ничто не удерживало газы от разлетания. Однако после того, как была достигнута некоторая критическая масса, рассеивание газов прекратилось. Для кислорода, азота, углекислого газа и водяных паров такой критической массой является примерно масса Марса, т. е. около четырёх десятых массы Земли. Для гелия такой критической массой является масса Земли, а для водорода приблизительно масса Урана или Нептуна. Приведённые данные справедливы для температуры поверхности, равной 1000°С, т. е, для температуры жидкой вулканической магмы. Этот специальный выбор температуры очень интересен, так как газы, растворённые в магме, освобождаются при её остывании и потому эти газы могли составить значительную часть атмосферы планет земной группы, независимо от их происхождения. Следует отметить, что критическая масса, определяющая границу между удерживанием газов и их свободным рассеиванием, равна примерно массе Марса.

По мере того как массы ядер Земли и Венеры продолжали расти, превзойдя критическую массу, которую в настоящее время имеет Марс, более тяжёлые газы удерживались в атмосферах этих планет, но большая часть водорода и гелия была потеряна. Земля в целом должна была удержать более половины имевшегося количества тяжёлых газов, большие планеты практически должны были удержать всё имевшееся на них количество тяжёлых газов и; кроме того, также водород и гелий. Планеты-гиганты обладают огромным количеством водорода и, возможно, гелия, в то время как на Земле эти элементы встречаются редко т.к Земля, по-видимому, в настоящее время теряет гелий. Атмосфера содержит меньше гелия, чем выделяется вследствие радиоактивности. Количество водорода, связанного в океанах и земных горных породах, составляет лишь небольшую долю процента массы Земли.

Однако для азота согласие теории с практикой является не таким хорошим. Рассел и Менцел приходят к выводу, что практически весь азот на Земле находится в атмосфере, а земные породы не содержат никаких его соединений и что таким образом этот элемент составляет возможно лишь миллионную часть массы Земли. Аммиак в изобилии присутствует в виде свободного газа в атмосфере Юпитера и что ещё значительно большее количество его находится в виде кристаллов в облаках. Поскольку аммиак замерзает и большая часть его должна осесть на дне глубокой атмосферы Юпитера, можно думать, что на Юпитере находится значительное количество азота. Согласно теории медленного приращения массы в эволюции планет мы должны ожидать, что процентное содержание азота на Юпитере будет лишь вдвое выше, чем на Земле. На самом же деле на Юпитере азота гораздо больше. Поэтому мы должны отнестись к процессу Б) с некоторым сомнением.

Принимая процесс А), мы допускаем, что планеты быстро сгустились из какой-то разрежённой массы. Рассматриваем ли мы этот процесс как очень быстрое приращение массы, как конденсацию из состояния горячих газов или даже как конденсацию из холодной массы, состоящей из разнородных веществ, - во всех этих случаях будет иметь место следующий характерный эффект. Вся масса нагреется до весьма высокой температуры. Сжатие вещества по направлению к центру тяжести, обусловленное гравитационным давлением, вызывает нагревание. Капля воды или кусочек льда, падающий на Землю с высоты Луны, достигнет скорости около 11 км/сек, что соответствует температуре порядка 55 000° С. Энергия, освобождаемая при гравитационном сжатии, должна превратиться в теплоту, независимо от того, будет ли падение быстрым или медленным.

Таким образом, если планеты образовались в результате быстрого сжатия, то температуры их поверхностей должны были когда-то достигать огромных значений. Только самые массивные планеты могли удержать обычно встречающиеся газы, относительно которых мы предполагаем, что они присутствовали с самого начала. Поэтому планеты земной группы могли удержать лишь остаток этих газов, растворённых в жидких породах или в магме. Когда породы остыли, газы освободились и теперь они образуют атмосферы тех планет, которые достаточно массивны, чтобы удержать их. Азот не растворился и потому большая часть его была потеряна. С другой стороны, планеты-гиганты могли потерять большую часть лёгких газов, но всё же оказались в состоянии удержать значительное количество их. Наша последовательность физических свойств планет несколько лучше может быть объяснена эволюционным процессом, предполагающим весьма быструю конденсацию, чем гипотезой медленного приращения массы или планетезимальной гипотезой. Однако выбор между двумя типами процессов ещё не является окончательным. Проблемы весьма сложны.

Близкое процентное содержание различных металлов на Солнце и на Земле является доводом в пользу того, что своё начало планеты взяли в самом Солнце. Подавляющее изобилие водорода и, возможно, гелия на Солнце объясняет низкую плотность и общую структуру планет-гигантов. Рассел показал, что азот (по сравнению с металлами) весьма обильно представлен на Солнце и потому наличие его на Юпитере неудивительно.
Однако Солнце по своему составу сходно со многими другими звёздами, так что планеты могли образоваться из осколков компаньона Солнца или даже из проходящей звезды. Затруднение, указанное Шпитцером, а именно, что вещество, насильственно отторгнутое от Солнца или от звезды, не может сгуститься в планеты, теряет свою силу, если масса отделяется медленно, Согласно гипотезе акад. В. Г. Фесенкова планеты отделились от Солнца при ускорении его вращения, связанном с переходом от одной атомной реакции в его недрах к другой. Газы могут получить возможность охлаждаться вследствие излучения, если давление сверху уменьшается постепенно. Можно было бы развить теорию такого типа или представить себе несколько видоизменённый или более быстрый процесс приращения массы и примирить таким образом наблюдения и теоретические требования.

Если планеты образовались не из Солнца или из какой-либо звезды, то они могли образоваться только из межзвёздной материи, которая, согласно нашим современным воззрениям, является диффузной. Из диффузной материи планеты могли образоваться только в результате процесса постепенного приращения массы Изложение теории см. в статьях акад. О. Ю. Шмидта в журнале "Природа" (№ 7, 1946) и Б. Ю. Левина в журнале "Наука и жизнь" (№ 12, 1947). (Прим. ред.))).

Проблема возможности существования планет вокруг других звёзд до сих пор не разрешена. Если для образования планет необходимо столкновение звёзд, то среди миллионов звёзд найдётся немного систем таких, как наша. Если же одна звезда самостоятельно может породить планетную систему, то число планет может быть огромным.

Возвращаясь теперь от проблемы происхождения и эволюции всей планетной системы к проблеме эволюции Луны, мы видим, что здесь были достигнуты значительные успехи. Сутки и месяц возрастают благодаря приливному трению. Продолжительность суток возрастает на одну тысячную секунды в столетие, а расстояние до Луны - примерно на 1,5 м.

Джордж Дарвин подошёл к этой проблеме с другой стороны, с целью выяснить историю системы Земля - Луна. Он пришёл к любопытному заключению, что Луна некогда обращалась на расстоянии всего 13000 км от центра Земли. Месяц и сутки были в ту эпоху почти равны между собой, и продолжительность их составляла около 4 часов. Дарвин предположил далее, что Луна действительно отделилась от Земли благодаря быстрому вращению и возмущениям от солнечных приливов. Это произошло около четырёх миллиардов лет назад, что достаточно хорошо согласуется с возрастом Земли.

Земное происхождение Луны ставилось под сомнение многими учёными, в том числе и Г. Джеффрейсом, который пришёл к заключению, что хотя Луна могла бы некогда быть очень близкой к Земле, приливные и вращательные силы никогда не были достаточно велики, чтобы действительно отделить Луну от Земли. Всё же кажется мало вероятным, чтобы две отдельные массы могли с самого начала образоваться в таком близком соседстве друг от друга, как того требует теория Дарвина. Автор упускает из виду, что если Луна не отделилась от Земли, а образовалась как-то иначе, то и вся её история могла протекать иначе, так что, быть может, Луна и Земля никогда и не были в столь тесном соседстве друг с другом. С нашей точки зрения выбор между двумя возможностями не труден. Земля и Луна были образованы практически рядом или, когда Земля была ещё молода, Луна отделилась от неё (возможно, в том месте, где теперь находится Тихий океан).

Мы изучили современное состояние солнечной системы и до известной степени её историю. Будущее её, если не произойдёт какой-либо непредвиденной случайности, кажется нам светлым. Вероятность того, что какая-либо блуждающая звезда может нарушить величавый порядок планетных движений, весьма мала, даже в течение миллиардов лет. Мы не должны также бояться каких-либо значительных изменений в солнечном излучении. Возможно, что Земля слегка нагревается вследствие радиоактивности её коры. Возможно, что вернётся ледниковый период; заранее предсказать этого нельзя. Континенты могут подниматься и опускаться в течение грядущих веков, как это было в прошлом; мы надеемся, что они будут совершать это медленно. Случайно залетающие метеориты могут кое-где продырявить поверхность Земли. Но порядок, воплощением которого является солнечная система, сохранится.
Состав и планеты Солнечной системы.

Солнечная система — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, обращающиеся вокруг Солнца. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд лет назад[2].

Большая часть массы объектов Солнечной системы приходится на Солнце; остальная часть содержится в восьми относительно уединённых планетах, имеющих почти круговые орбиты и располагающихся в пределах почти плоского диска — плоскости эклиптики.

Четыре меньшие внутренние планеты — Меркурий, Венера, Земля[19] и Марс (также называемые планетами земной группы) — состоят в основном из силикатов и металлов. Четыре внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун (также называемые газовыми гигантами) — намного более массивны, чем планеты земной группы. Крупнейшие планеты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, состоят главным образом из водорода и гелия; внешние, меньшие Уран и Нептун, помимо водорода и гелия, содержат в своём составе метан и угарный газ[]. Такие планеты выделяются в отдельный класс «ледяных гигантов»[]. Шесть планет из восьми и три карликовые планеты имеют естественные спутники. Каждая из внешних планет окружена кольцами пыли и других частиц.

В Солнечной системе существуют 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 карликовая планета Церера, Паллада, Веста и Гигея. За орбитой Нептуна располагаются объекты, состоящие из замёрзшей воды, аммиака и метана, крупнейшими из которых являются Плутон, Седна, Хаумеа, Макемаке, Квавар, Орк и Эрида. В Солнечной системе существуют и другие популяции малых тел, такие как планетные троянцы, околоземные астероиды, дамоклоиды, а также перемещающиеся по системе кометы, метеороиды и космическая пыль. Солнечный ветер (поток плазмы от Солнца) создаёт пузырь в межзвёздной среде, называемый гелиосферой, который простирается до края рассеянного диска. Гипотетическое облако Оорта, служащее источником долгопериодических комет, может простираться на расстояние примерно в тысячу раз дальше гелиосферы. Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь.


Земля среди других планет Солнечной системы.


Мы уже говорили, что в состав Солнечной системы входит восемь планет. Они делятся на две группы: внутренние планеты (планеты земной группы) — Меркурий, Венера, Земля, Марс; внешние планеты (газовые гиганты) — Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон.
Отличия планет земной группы от газовых гигантов очевидны. Поэтому посмотрим, чем отличаются друг от друга внутренние планеты. Среди них нет двух одинаковых планет. Они отличны по размерам, физико-химическим параметрам, строению недр и поверхностей, составом атмосфер. В основном эти различия обусловлены начальными условиями формирования планет — химическим составом, плотностью вещества в тех частях протопланетного облака, где эти планеты формировались, а также расстоянием от Солнца, резонансным взаимодействием с ним и другими планетами.
Из всех планет земной группы Земля — самая большая планета. Но как показывают оценки, даже такие размеры и масса оказываются минимальными, при которых планета способна удержать свою газовую атмосферу. Тем не менее , Земля теряет водород и другие легкие газы, что заметно по шлейфу, который тянется за нашей планетой. Венера почти равна по размерам и массе Земле, но она ближе к Солнцу и получает от него больше тепла. Поэтому она давно потеряла весь свой свободный водород. У остальных двух планет атмосфера либо вообще отсутствует (Меркурий), либо сохранилась в очень разреженном состоянии (Марс).
Из всех планет только Земля обладает сильным магнитным полем, на два порядка превосходящим значения магнитных полей у других планет. Как считают ученые, это одна из причин появления жизни на Земле.
Ни одна из планет не имеет развитой системы спутников, как у планет — газовых гигантов. Луна — спутник Земли, не вписывается ни в одну из современных гипотез образования Солнечной системы. Тем более, что Луна имеет планетные размеры (сравнимые с размерами Меркурия).
Различия в составе и плотности атмосферы. Важнейшей характеристикой любой планеты является наличие (или отсутствие) атмосферы. Три из четырех планет обладают заметной атмосферой. Атмосфера Земли кардинально отличается от атмосфер других планет: в ней мало углекислого газа, много молекулярного кислорода и паров воды. Это связано с тем, что вода морей и океанов Земли хорошо поглощает углекислый газ, а живое вещество биосферы планеты насыщает атмосферу кислородом, образующимся в процессе фотосинтеза. Подсчеты показывают, что если освободить всю поглощенную водой океанов углекислоту и одновременно убрать из атмосферы кислород, накопленный за счет жизнедеятельности растений, то состав земной атмосферы станет подобным составу атмосфер Венеры и Марса.
Относительно малые размеры Марса не позволили ему удержать плотную атмосферу. Тем не менее, раньше она была более плотной из -за процессов активного выделения газов из недр планеты. Тогда, очевидно, условия на планете были более мягкими, без резких перепадов дневных и ночных температур. Сейчас же в разреженной атмосфере Марса возникают настолько мощные пылевые бури, что они поднимают массы песка на высоту многих километров, практически скрывая поверхность планеты от наблюдателей за непроницаемой пылевой завесой.
Венера, напротив, имеет очень плотную атмосферу, в основном состоящую из углекислого газа. Возникший в связи с этим парниковый эффект обусловил разогревание поверхности Венеры до огромных температур.
Наличие или отсутствие гидросферы
Близость Венеры к Солнцу способствовала быстрой потере планетой водорода, что, в свою очередь, привело к невозможности появления воды и снижению температуры на поверхности планеты до приемлемого уровня.
На Венере, таким образом, отсутствует гидросфера. Да и в атмосфере пары воды присутствуют в очень незначительном количестве. Причины этого до сих пор неизвестны. Тем не менее, существует предположение, что отсутствие гидросферы, очень медленное обратное вращение и отсутствие собственного магнитного поля у Венеры — все это следствия некоей общей причины, породившей различия в путях развития Венеры и Земли.
На Марсе в прошлом (примерно, миллиард лет назад) существовала гидросфера. А три миллиарда лет назад там, возможно, был океан. В наши дни вода на Марсе существует в виде инея и льда в полярных шапках этой планеты. Также вода должна быть на планете в слое вечной мерзлоты. Поэтому на Марсе может существовать жизнь, по крайней мере, простейшие ее формы.
Лишь на Земле гидросфера развита настолько хорошо, что существует в виде Мирового океана, занимающего большую часть поверхности нашей планеты.
Различия в рельефе
Существенно различаются также и рельефы планет земной группы. Это обусловлено различием вулканических и геологических процессов на них. Сегодня считается, что тектоническая активность может служить мерилом жизнеспособности планеты в целом. Если тектоническая деятельность отсутствует или значительно сокращается, то можно делать вывод об умирании
планеты. Это связано с тем, что при тектонической деятельности идет активный обмен веществом и энергией между поверхностью и недрами планеты. При этом формируется и поддерживается атмосфера, гидросфера и господствующие типы рельефа местности. С прекращением тектонической активности планета превращается в мертвое небесное тело, на котором преобладают процессы деградации.
В прошлом Земля отличалась большой геологической активностью. Однако и в наши дни для Земли характерна высокая тектоническая активность, а потому ее геологическая история далека от завершения. Это проявляется в периодически случающихся землетрясениях и извержениях вулканов, иногда носящих катастрофический характер. Поэтому современный рельеф Земли продолжает меняться. Огромную роль при этом играет воздействие не только эндогенных (тектонических), но и экзогенных процессов — гидро-сферных, атмосферных и биосферных. На других планетах подобное сочетание факторов отсутствует.
Рельеф земной поверхности отличается глобальной асимметрией. Она хорошо заметна при сравнении Северного и Южного полушарий. Одно из них в основном заполнено водой, в другом же сосредоточены поднятия коры, образующие континенты. То, что участки суши и моря асимметричны относительно центра Земли, хорошо заметно на глобусе.
Асимметричны не только рельефы, но и тепловые режимы Северного и Южного полушарий. Северное полушарие более теплое, чем Южное. Так, в Северном полушарии температура опускается до —70°С, а в Южном — до -90°С. Кроме того, в Южном полушарии расположен абсолютный полюс ветров (в Антарктиде) и «ревущие сороковые» широты — зона постоянных бурь и ураганов. Неодинаковы также тепловые режимы Западного и Восточного полушарий. Так, в Америке климат более умеренный, чем в Азии. Это связано с тем, что в Азии горные цепи расположены по параллелям и задерживают перемещение воздушных масс в направлении с юга на север. Поэтому значительная часть азиатской территории содержит многолетнемерзлые фунты. А в Восточной Сибири зимой обычно устанавливается устойчивый антициклон с низкими температурами. Кроме того, в Западном полушарии больше воды, чем в Восточном. Это также смягчает климат американского континента.
Рельефы Марса и Венеры формировались в иных условиях, чем на Земле.
Отсутствие гидросферы исключает разделение на океанский и континентальный рельефы. Иначе проходила и тектоническая деятельность на этих планетах.
В наши дни на Марсе отсутствует вулканическая активность, хотя еще сто миллионов лет назад она была довольно бурной. От того времени сохранились конусы потухших вулканов, покрытая лавами большая часть поверхности планеты, а также характерные разломы и сбросы марсианской коры.
Одним из следствий затухания вулканической деятельности стало резкое сокращение поступления газов из недр планеты в атмосферу. А поскольку масса Марса недостаточна для удержания плотной атмосферы, она начала редеть. Все говорит о том, что геологическая эволюция Марса завершилась.
Поверхность Венеры в основном представляет собой равнину, на фоне которой выделяются две обширные горные области — Земля Иштар и Земля Афродиты. Их средняя высота над равниной составляет около 4 км, простираются они на несколько тысяч километров. Средний возраст исследованной территории Венеры оценивается в 1 млрд. лет. Процессы разрушения поверхностных структур, бурно протекающие на Земле, на Венере идут удивительно медленно: за миллиард лет разрушенный слой не превысил нескольких десятков метров. Такие темпы разрушения характерны для малых безатмосферных планет типа Меркурия. На Венере причинами такой стабильности являются отсутствие гидросферы, окислительной атмосферы, а также тектонической активности в наши дни.
Таким образом, утверждения о том, что Венера — молодая планета, только начинающая свою геологическую историю, неверны. Она уже миновала пору активного планетного развития и в этом отношении близка к Марсу. Сходство Венеры и Марса объяснимо — основным геологообразующим процессом на этих планетах была тектоническая активность.
В современную эпоху только Земля остается «живой» планетой, ее геологическое развитие продолжается. По -иному, чем на Марсе и Венере, протекают процессы в недрах Земли. На это указывает существование континентальной коры с гранитными породами и явно выраженных литосферных плит с их перемещениями.
Главным же отличием Земли от других планет является хорошо развитая биосфера. Вершиной эволюции жизни на нашей планете стал человек, обладающий разумом.

Геосферы Земли.


Формирование Земли сопровождалось дифференциацией вещества. Результатом этой дифференциации явилось разделение Земли на геосферы - концентрически расположенные слои, различающиеся химическим составом, агрегатным состоянием и физическими свойствами. В центре образовалось ядро Земли, окруженное мантией. Из наиболее легких компонентов вещества, выделившихся из мантии, возникла расположенная над мантией земная кора – так называемая «твердая» Земля, заключающая в себе почти всю массу планеты. Далее возникли водная и воздушная оболочки нашей планеты. Кроме того, Земля обладает гравитационным, магнитным и электрическими полями. Таким образом, можно выделить ряд геосфер, из которых состоит Земля: ядро; мантия; литосфера; гидросфера; атмосфера; магнитосфера. Геосферы различаются главным образом плотностью составляющих их веществ. Самые плотные вещества сосредоточены в центральных частях планеты. Ядро составляет 1/3 массы Земли, кора и мантия – 2/3.

Названные нами земные оболочки взаимосвязаны и проникают друг в друга. Атмосфера - газовая оболочка, окружающая планету Земля, одна из геосфер. Внутренняя её поверхность покрывает водную оболочку Земли - гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства. С атмосферой, гидросферой и литосферой взаимодействуют внутренние оболочки Земли. Кроме того, во всех оболочках, кроме мантии и ядра, присутствует биосфера. Ядро Земли занимает центральную область нашей планеты. Это самая глубокая геосфера. Средний радиус ядра составляет около 3500 км, располагается оно глубже 2900 км и состоит из двух частей – большого внешнего и малого внутреннего ядер. Температура ядра может достигать 4000°С. Судя по геофизическим данным, внешнее ядро представляет собой жидкость, состоящую из расплавленного железа с примесью никеля и серы. Это связано с тем, что давление в этом слое меньше. Внешнее ядро представляет собой шаровой слой толщиной 2200 км. Жидкое ядро позволяет объяснить наличие магнитного поля Земли и его вариаций, когда в геологическом прошлом нашей планеты неоднократно происходила инверсия магнитных полюсов. Предполагается, что магнитное поле создается процессом, названным эффектом динамо-машины. Мантия – наиболее мощная оболочка Земли, занимающая 2/3 ее массы и большую часть объема. Она также существует в виде двух шаровых слоев – нижней и верхней мантии. Толщина нижней части мантии – 2000 км, верхней – 900 км. Все слои мантии расположены между радиусами 3450 и 6350 км. Данные о химическом составе мантии получены на основании анализов наиболее глубинных магматических горных пород, поступивших в верхние горизонты в результате мощных тектонических поднятий с выносом мантийного материала. Материал верхней мантии собран со дна разных участков океана. Предполагают, что мантия Земли в основном сложена из силикатов и железа, прежде всего из минерала оливина. Благодаря высокому давлению вещество мантии, скорее всего, находится в кристаллическом состоянии. Температура мантии составляет около 2500°С. Именно высокие давления обусловили такое агрегатное состояние вещества, в ином случае указанные температуры привели бы к его расплавлению. В расплавленном состоянии находится астеносфера – нижняя часть верхней мантии. Это подстилающий верхнюю мантию и литосферу слой. Литосфера как бы «плавает» в нем. В целом же верхняя мантия обладает интересной особенностью – по отношению к кратковременным нагрузкам она ведет себя как жесткий материал, а по отношению к длительным нагрузкам – как пластичный материал. Литосфера – это земная кора с частью подстилающей ее мантии, которая образует слой толщиной порядка 100 км. Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая все воды, находящиеся в жидком, твердом и газообразном состояниях. Некоторое количество воды содержится в атмосфере и в живых организмах. Водная оболочка Земли представлена на нашей планете Мировым океаном, пресными водами рек и озер, ледниковыми и подземными водами. Общие запасы воды на Земле составляют 1,5 млрд км3. Из этого количества воды 97% приходится на соленую морскую воду, 2% составляет замерзшая вода ледников и 1% – пресная вода. Круговорот воды в природе не является совершенно замкнутым циклом. Сегодня доказано, что наша планета постоянно теряет часть воды и воздуха, которые уходят в мировое пространство. Поэтому с течением времени встанет проблема сохранения воды на нашей планете. Вода – вещество, обладающее многими уникальными физическими и химическими свойствами. Она обладает высокой теплоемкостью, теплотой плавления и испарения и в силу этих качеств является важнейшим климатообразующим фактором на Земле. Вода является хорошим растворителем, поэтому в ней содержится множество химических элементов и соединений, необходимых для поддержания жизни. Не случайно именно Мировой океан стал колыбелью Жизни на нашей планете. Большую часть поверхности Земли занимает Мировой океан (71% поверхности планеты). Океан делится материками на четыре части: Тихий (50% площади Мирового океана), Атлантический (25), Индийский (21) и Северный Ледовитый (4%) океаны. Средняя глубина вод океана составляет 3,8 км. Наиболее глубокая часть океана – Марианская впадина в Тихом океане с глубиной 11022 м. Важной частью гидросферы Земли являются реки – водные потоки, текущие в естественных руслах и питающиеся за счет поверхностного и подземного стока с их бассейнов. Еще одна часть гидросферы – подземные воды. Это все воды, находящиеся под земной поверхностью. Существуют подземные реки, свободно текущие по подземным каналам – трещинам, пещерам. Ледники, образующие ледяную оболочку Земли (криосферу), также являются частью гидросферы нашей планеты. Они занимают площадь, равную 16 млн км2. Это 1/10 часть поверхности планеты. Именно в них содержатся основные запасы пресной воды (3/4). Если бы льды, находящиеся в ледниках, вдруг растаяли, уровень Мирового океана повысился бы на 50 метров. Частью криосферы Земли помимо ледников являются твердые толщи горных пород и относительно сухие воздушные массы с отрицательной температурой, в которых естественными или искусственными путями могут создаваться условия для конденсации воды. Атмосфера. Атмосфера – это воздушная оболочка Земли, окружающая ее и вращающаяся вместе с ней. Она состоит из воздуха – смеси газов, состоящей из 78% азота, 21% кислорода, а также инертных газов, водорода, углекислого газа, паров воды, на которые приходится около
1% объема. Кроме того, воздух содержит большое количество пыли и различных примесей, порождаемых геохимическими и биологическими процессами на поверхности Земли. Масса атмосферы довольно велика и составляет 5,15 • 1018 кг. Это значит, что каждый кубический метр окружающего нас воздуха весит около 1 кг. Вес всего этого воздуха, давящего на нас, называют атмосферным давлением. Среднее атмосферное давление на поверхности Земли равно 1 атм, или 760 мм рт. ст. Это означает, что на каждый квадратный сантиметр нашего тела давит груз атмосферы массой в 1 кг. С высотой плотность и давление атмосферы быстро убывают. Неоднородность атмосферы вызывает перемещение воздушных масс – так появляются ветры. Кроме того, на направления ветров влияет вращение Земли, а также разнообразный рельеф нашей планеты. Основная масса воздуха перемещается от экватора к полюсам. В экваториальной области с ее высокими температурами обычно держится низкое давление, что вызывает подъем воздуха вверх. Обычно в этих районах господствуют штили и слабые переменные ветры. Поднимаясь, восходящие токи воздуха охлаждаются, конденсируют влагу и проливаются ливнями. После этого воздух движется на север и юг от экватора, несколько раз опускаясь и поднимаясь при этом. Охлажденный у полюсов воздух возвращается назад, к экватору. Атмосфера Земли имеет слоистое строение, причем слои отличаются по физическим и химическим свойствам. Важнейшими физическими свойствами являются температура и давление, изменение которых лежит в основе выделения атмосферных слоев. Таким образом, в атмосфере Земли выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Тропосфера – это нижний слой атмосферы, определяющий погоду на нашей планете. Его толщина – 10–18 км. С высотой падает давление и температура, опускаясь до –55°С. В тропосфере содержится основное количество водяных паров, образуются облака и формируются все виды осадков. Следующий слой атмосферы – это стратосфера, простирающаяся до 50 км в высоту. Нижняя часть стратосферы имеет постоянную температуру, в верхней части наблюдается повышение температуры из-за поглощения солнечного излучения озоном. Ионосфера – эта часть атмосферы начинается с высоты 50 км и состоит из ионов – электрически заряженных частиц воздуха. Ионизация воздуха происходит под действием Солнца. Ионосфера обладает повышенной электропроводностью и в силу этого отражает короткие радиоволны, позволяя осуществлять дальнюю связь. С высоты в 80 км начинается мезосфера, роль которой состоит в поглощении озоном, водяным паром и углекислым газом ультрафиолетовой радиации Солнца. На высоте 90–400 км находится термосфера. В ней происходят основные процессы погло-щения и преобразования солнечного ультрафиолетового и рентгеновского излучений. На высоте более 250 км постоянно дуют ураганные ветры, причиной которых считают космические излучения. Магнитосфера – самая внешняя и протяженная оболочка Земли. Она представляет собой область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения. Земля представляет собой огромный магнит с четко выраженными магнитными полюсами. Северный магнитный полюс находится в Северной Америке на полуострове Ботия, Южный магнитный полюс – в Антарктиде на станции Восток. Сегодня установлено, что магнитное поле Земли не является неизменным. Его полярность менялась несколько раз. Так, 30000 лет назад Северный магнитный полюс находился на Южном полюсе. Кроме того, периодически происходят возмущения магнитного поля – магнитные бури, из-за которых возникают серьезные радиопомехи. Их главной причиной является колебание солнечной активности. Поэтому особенно часты магнитные бури в годы активного Солнца, когда на нем появляется много пятен, а на Земле возникают полярные сияния. Все геосферы Земли тесно взаимодействуют друг с другом путем непрерывного обмена веществом и энергией и в совокупности представляют географическую оболочку планеты. Ее целостность обеспечивается за счет лучистой энергии Солнца и внутренней энергии Земли.




X. Шепли "Галактики", Гостехиздат, 1947
"Adeva.ru: Энциклопедия небесных тел"





прил 1
прил 2

прил