Солнечная система и ее происхождение

Содержание

   Введение………………………………………………………………………………2

   1. Строение солнечной системы…………………………………………………….2

     1.1.Солнце - центральное тело планетной  системы……………………………3

1.2.Планеты  земной группы……………………………………………………..5

1.3.Планеты-гиганты……………………………………………………………..9

1.4. Другие  объекты Солнечной системы………………………………………13

   2. Происхождение Солнечной системы……………………………………………14

     2.1.Небулярные  гипотезы………………………………………………………...15

     2.2. Гипотезы захвата …………………………………………………………….18

     2.3. Другие гипотезы……………………………………………………………..19

   Заключение……………………………………………….………………………….21

   Список  литературы………………………………………………………………….23 
 

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.

    Долгое время единственным источником сведений о звездах и Вселенной был для астрономов видимый свет. Наблюдая невооруженным глазом или с помощью телескопов, они использовали только очень небольшой интервал волн из всего многообразия электромагнитного излучения, испускаемого небесными телами. Астрономия преобразилась с середины xx века, когда прогресс физики и техники предоставил ей новые приборы и инструменты, позволяющие вести наблюдения  в самом широком диапазоне волн – от метровых радиоволн до гамма-лучей. Это вызвало нарастающий поток астрономических данных.

    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.

    Целью данной работы является рассмотрение строения Солнечной системы и изучение гипотез ее происхождения.

1. СТРОЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

      Солнечная система состоит из Солнца, планет, спутников планет, астероидов и их осколков, комет и межпланетной среды. Внешняя граница, по-видимому, 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 100000 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 Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, ко второй -  Меркурий , Венера, Земля и Марс. Плутон в 2006 году был исключен из ряда больших планет Солнечной системы.  

1.1 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 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 1500000 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. 

1.2 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.

     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

     Земля

     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 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. Днём температура поднимается до 27°С, зато ночью падает до -123°С.

     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.

1.3 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/см³), 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 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 – «Пионер-11», «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 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.