Образование солнечной системы

ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЦА

Солнце - ближайшая к Земле  звезда, представляющая раскаленный  плазменный шар. Это гигантский источник энергии: мощность излучения составляет-около 3,861023 кВт ². (см. Приложение А, Б, В). На Землю попадает ничтожная часть его энергии, благодаря которой поддерживается газообразное состояние земной атмосферы, постоянно нагреваются поверхности суши и водоемов, обеспечивается жизнедеятельность животных и растений.

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. 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 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 света и тепла: его поверхность излучает потоки ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также элементарных частиц. Хотя количество тепла и света, остается постоянным, интенсивность его излучений значительно меняется. 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 Земле возникают магнитные бури, усиливается ионизация верхних слоев атмосферы.Солнце оказывает заметное влияние как на природные процессы (погода, земной магнетизм), так и на биосферу - животный и растительный мир Земли, в том числе и на людей.

_______________________

²Ишханов, Б.C. И. Нуклеосинтез во Вселенной: учеб. пособие/ Б.С.Ишханов, И.М.Капитонов, И.А. Тутынь -М.:Изд-во   Московского университета,1998.

2.1. СТРОЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ  СИСТЕМЫ

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 Солнечной системы.

Центральное тело нашей планетной  системы – Солнце. Сосредоточило  в себе 99,866 % всей массы Солнечной  системы. Оставшиеся 0,134 % вещества представлены девятью планетами: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон (см. Приложение А, Б, В)и несколькими десятками спутников планет (в настоящее время их открыто более 60), малыми планетами – астероидами, кометами, огромным количеством мелких фрагментов – метеороидов, а также космической пылью. Механически эти объекты объединены в общую систему силой притяжения Солнца. Средняя плотность тел системы изменяется в пределах от 0,5 г/см³ для ядер комет до 7,7 г/см³ для металлических астероидов, метеоритов.

Самая крупная из планет – Юпитер – меньше Солнца по размерам на порядок и по массе на три порядка. Средняя плотность Юпитера составляет 1,32 г/см³, что очень близко к средней плотности Солнца (1,41 г/см³). Основными элементами, определяющими химический состав обоих, являются водород и гелий.

Сатурн по размерам почти  не отличается от Юпитера, но меньшая  плотность вещества планеты (0,686 г/см³) определяет и несколько меньшее значение массы. Следующие два гиганта – Уран и Нептун (с массой около 1029 г) – мало отличаются по средней плотности (1,28 и 1,64 г/см³ соответственно) и химическому составу. Все четыре планеты традиционно выделяются в группу планет-гигантов, отличительной особенностью которых являются значительные размеры и масса, но также и низкая средняя плотность, характерная для газового состава.

Другая группа – планеты  земного типа – состоит из четырех  планет: Земля, Венера, Марс и Меркурий. Земля и Венера, почти не отличаются друг от друга по размерам, массе  и средней плотности (5,52 и 5,24 г/см³ соответственно), а также меньшие по размерам и массе Марс и Меркурий.

Перечень больших планет Солнечной системы дополняет  необычный объект – Плутон, который  в момент своего открытия в 1930 году занимал наиболее удаленное от Солнца положение, соответствующее месту девятой планеты Солнечной системы. Но орбита Плутона обладает значительным эксцентриситетом, в 1969 году он пересек орбиту Нептуна, превратившись в восьмую по удаленности от Солнца планету. В этом статусе Плутон должен был пребывать до 2009 года. А первый после своего открытия полный оборот вокруг Солнца он завершит лишь в 2178 году. Планеты земной группы составляют внутреннюю часть Солнечной системы. Планеты-гиганты образуют ее внешнюю часть. Промежуточное положение занимает пояс астероидов, в котором сосредоточена большая часть малых планет. На окраинах Солнечной системы, по-видимому, сосредоточены облака гигантских по размерам и массам комет, которые могли посещать окрестности Солнца задолго до появления жизни на Земле. Об этом свидетельствуют следы на поверхности таких без атмосферных тел, как Луна или Меркурий, способных сохранять отпечатки самых древних событий в истории планет.

За последние несколько  лет были обнаружено свыше 30 объектов, имеющих сходство с ядрами комет, названных транснептуновыми. Их размеры  превосходят 100 км. Согласно оценкам, на расстоянии между 30 и 50 а.е. от Солнца сосредоточено около 70 000 тел размерами от 100 до 400 км.

Соотношение расстояний и  периодов обращения планет вокруг Солнца определяется известным законом Кеплера, согласно которому квадраты периодов пропорциональны кубам больших полуосей относительных орбит. Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, совпадающем с направлением осевого вращения Солнечного светила и в том же направлении они обращаются вокруг своей оси. Исключение составляют Венера, Уран и Плутон, осевое вращение которых противоположно солнечному.

В Солнечной системе существует резкая диспропорция в распределении  массы и момента количества движения между Солнцем и планетами. Хотя основная масса вещества Солнечной системы сосредоточена в самом Солнце, 98 % момента количества движения (произведения массы на скорость и радиус вращения) приходится на долю планет. В результате удельное значение моментов количества движения для планет в среднем в 35 000 раз больше, чем для Солнца. Причина этого еще не ясна. Возможно, ответственным за перенос момента количества движения является магнитное поле Солнца, пронизывающее всю нашу планету.

После завершения стадии формирования больших планет и спутников из первичного газопылевого облака, окружавшего  Солнце, состояние их поверхности  в основном определялось двумя процессами: выпадением большого числа мелких фрагментов, находившихся в межпланетном пространстве и внутренней активностью собственных недр. Современный вид поверхности больших планет и спутников показывает, что для каждого тела воздействия этих процессов сочетались в различных пропорциях. На поздних стадиях развития планет существенную роль играло также наличие или отсутствие у тела газовой оболочки – атмосферы.

ГЛАВА3. ГРАНИЦЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Человечеству всегда было интересно узнать о мире, в котором  он живёт. В процессе долгих тысячелетий  эволюции он задумывался о таких  вопросах, как размеры и объемы своего обитания. Всё чаще обращая свой взор в ночное небо,не дававшее ему покоя. И благодаря интересу к познанию был изобретен первый телескоп, с помощью которого люди стали изучать просторы космоса. Только один облик Луны, который мог видеть еще первобытный человек, дал понять, что тот мир, в котором они живут – не единственный, а многочисленное количество звезд на небе не заставляло их усомниться в этом. Древние наблюдения XIV века до н.э., благодаря которым были обнаружены Меркурий, Марс, Венера, подталкивали человечество к новым открытиям и познаниям.

Сколько не уготовано, природой жить людям на Земле, они всегда будут, стремится к новым достижениям, открытиям новых миров, познанию самых отдаленных уголков Вселенной и ничто их перед этим не остановит.

Когда в 1610 году Г. Галилей обнаружил Сатурн, считалось, что орбита шестой планеты является границей Солнечной системы, а за ее пределами начинается межзвездное пространство. Спустя полтора века был открыт Уран, а затем Нептун и Плутон. До 1992 года ученые и астрономы не могли окончательно ответить на вопрос, что находится за Плутоном, но были уверены в том, что Солнечная система может простираться на многие миллиарды километров дальше от орбиты Плутона. Открытие Пояса Койпера, состоящего из десятков или даже сотней тысяч объектов, стало революцией в области космологии и астрономии. Если по старой теории считать Плутон полноценной планетой, то тогда в нашей Солнечной системе не девять, а не менее 1000 планет. Последнее 20-тилетие открыло перед взором человечества «двери», за которыми скрываются громадные площади космического простора. Их изучать предстоит еще будущим поколениям.

Но даже внешняя граница  гигантского кольца - Пояса Койпера  находящаяся на расстоянии 8,3 млрд. км не является краем Солнечной системы. Оказывается, чтобы достигнуть места, где скорость солнечного ветра практически  отсутствует, а сила гравитации стремится  к нулю, необходимо преодолеть громадное  расстояние.     

Открытия и знания, полученные в течение последних лет, позволило  ученым составить подробную карту  системы. За Поясом Койпера простирается обширная область пространства, слабозаселенная  космическими телами и называемая рассеянным диском. Ученые относят данный диск к Поясу Койпера, поскольку множество объектов в разных точках орбиты находятся в двух областях системы.

Если ученым более или  менее ясно, где заканчивается  внешняя граница Пояса Койпера, то определить точные границы рассеянного диска ни кому не под силу. Вероятнее всего рассеянная область постепенно переходит Облако Оорта, которое состоит из триллиона ледяных объектов и является источником появления долгопериодических комет. Транснептуновый объект, а также крошечная планета, Седна расположена в Облаке Оорта. Ее сильно вытянутая и искаженная орбита поддерживает Седну на расстоянии 76 а.е.– 976 а.е. от Солнца (11,37 млрд. км – 146 млрд. км). Расстояние между звездой и Седной настолько велико, что ему требуется около 12 тыс.лет для полного оборота вокруг Солнца. Внешняя граница Облака Оорта находится на расстоянии около 65 000 а.е., примерно 1 световой год. В тоже время эта область должна заканчиваться там, где сила притяжения Солнца практически отсутствует, а это не менее 130 000 а.е. или два световых года. Именно эту область и следует принимать за границу Солнечной системы. Любое тело, лежащее дальше этой отметки, останется витать в межзвездном пространстве.

Саму границу Солнечной системы делят: внешнюю и внутреннюю. Внутренняя граница –область, где происходит торможение солнечного ветра и поглощение его в межзвездной среде. Известно, что поток ионизирующих частиц, называемый солнечным ветром, истекает от Солнечной короны со скоростью 1000 км/с. По мере отдаления от звезды скорость ветра снижается и сливается с межзвездным пространством. Происходит это на расстоянии всего 130 а.е. (19,45 млрд. км). Область соударения ветра с частицами межзвездной среды носит название внутренняя граница Солнечной системы. Внешняя или основная  граница, как описывалось выше, начинается там, где Солнце своей массой уже не способно удержать какое-либо тело и галактическая гравитации преобладает над солнечной. Объект, находящийся за пределами границы становится отдельной «звездой» и может образовывать новую звездную систему, поскольку движется относительно центра галактики.

ГЛАВА 4. ПОЛОЖЕНИЕ  ЗЕМЛИ

Земля́-третья от Солнца планета и пятая по размеру среди планет Солнечной системы. Она является крупнейшей по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы. Важнейшим отличием Земли от других планет Солнечной системы является существование на ней жизни, что напрямую связано с ее месторасположением на таком расстоянии относительной данной системе.

Научные данные указывают  на то, что Земля образовалась из солнечной туманности около 4,54 миллиардов лет назад и вскоре приобрела свой единственный естественный спутник - Луну. Жизнь появилась на Земле около 3,5 миллиардов лет назад. С тех пор биосфера Земли значительно изменила атмосферу и прочие абиотические факторы, обусловив количественный рост аэробных организмов, а также формирование озонового слоя, который вместе с магнитным полем Земли, значительно сильнее ослабляет вредную солнечную радиацию, тем самым сохраняя условия для жизни на Земле.

Наша планета состоит  изматериков, на которых расположены  реки и озёра составляющих  гидросферу. Жидкая вода, необходимая для всех жизненных форм, не существует на поверхности  какой-либо из другой планеты Солнечной  системы, кроме Земли. Внутренние области  Земли достаточно активны и состоят  из мантии, которая покрывает жидкое внешнее ядро, являющееся источником магнитного поля планеты и внутреннее твёрдое ядро, предположительно, состоящее из железа и никеля. (см. Приложение В). Земля взаимодействует с другими объектами в космосе, включая Солнце и Луну. Обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26³ солнечных суток. Ось вращения Земли наклонена на 23,44° относительно перпендикуляра к её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты. Луна начала своё обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 миллиарда лет назад. Гравитационное воздействие Луны на Землю является причиной возникновения океанских приливов, стабилизирует наклон земной оси и замедляет вращение планеты.