Происхождение и эволюция Солнечной системы
Министерство Образования и Науки РФ
Сибирская Государственная Геодезическая Академия
Кафедра физики
Реферат по концепциям современного естествознания на тему:
«Происхождение и эволюция Солнечной системы».
Выполнила:
г. Новосибирск, 2005г.
СОДЕРЖАНИЕ:
Введение……………………………………………стр.
1.Теории происхождения Солнечной системы......стр.4.
1.1.Теория Канта-Лапласа………………………стр.4.
1.2.Гипотеза Джинса ……………………………стр.5.
1.3.Электромагнитная гипотеза происхождения
солнечной системы Х.Альвена – Ф.Хойла.......................
1.4.Теория происхождения Солнечной системы
О.Ю.Шмидта…………………………………………...
2. Солнечная система……………………………..стр.8.
2.1. Солнце………………………………………стр.8.
2.2. Планеты земной группы…………………...стр.9.
2.2.1.Меркурий…………………………….стр.
2.2.2.Венера……………………………….стр.
2.2.3.Земля………………………………...стр.
2.2.4.Марс…………………………………стр.13.
2.3.Планеты-гиганты…………………....
2.3.1.Юпитер………………………….…..стр.
2.3.2.Сатурн……………………………….стр.
2.3.3.Уран………………………………….стр.
2.3.4.Нептун……………………………….стр.
2.3.5.Плутон……………………………….стр.
2.4.Малые планеты……………………………..стр.20.
Заключение……………………………….……...
Список литературы……………………………..
Введение
Вот уже два века проблема происхождения Солнечной системы волнует выдающихся мыслителей нашей планеты. Этой проблемой занимались, начиная от философа Канта и математика Лапласа, плеяда астрономов и физиков XIX и XX столетий.
Астрономы наблюдают космические тела на различной стадии развития, образовавшиеся недавно и в далёком прошлом, быстро "стареющие" или почти "застывшие" в своём развитии. 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 теории образования звёзд, планет или галактик 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.
В настоящее время при проверке той или иной гипотезы о происхождении Солнечной системы в значительной мере основывается на данных о химическом составе и возрасте пород Земли и других тел Солнечной системы. Наиболее точный метод определения возраста пород состоит в подсчёте отношения количества радиоактивного урана к количеству свинца, находящегося в данной породе. Скорость этого процесса известна точно, и её нельзя изменить никакими способами. Самые древние горные породы имеют возраст несколько миллиардов лет. Земля в целом, очевидно, возникла несколько раньше, чем земная кора.
1.Теории происхождения Солнечной системы
1.1.Теория Канта-Лапласа
Переходя к изложению
Точки зрения Канта и Лапласа в ряде важных вопросов резко отличались. Кант исходил из эволюционного развития холодной пылевой туманности, в ходе которого сперва возникло центральное массивное тело - будущее Солнце, а потом планеты, в то время как Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей с высокой скоростью вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность, вследствие закона сохранения момента количества движения, вращалась все быстрее и быстрее. Из-за больших центробежных сил от него последовательно отделялись кольца. Потом они конденсировались, образуя планеты.
Таким образом, согласно гипотезе Лапласа, планеты образовались раньше Солнца. Однако, несмотря на различия, общей важной особенностью является представление, что Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. Поэтому и принято называть эту концепцию “гипотезой Канта-Лапласа”.
Однако эта теория сталкивается с трудностью. Наша Солнечная система, состоящая из девяти планет разных размеров и масс, обладает особенностью: необычное распределение момента количества движения между центральным телом - Солнцем и планетами.
Момент количества движения есть одна из важнейших характеристик всякой изолированной от внешнего мира механической системы. Именно как такую систему можно рассмотреть Солнце и окружающие его планеты. Момент количества движения можно определить как “запас вращения” системы. Это вращение складывается из орбитального движения планет и вращения вокруг осей Солнца и планет.
Львиная доля момента количества движения Солнечной системы сосредоточена в орбитальном движении планет-гигантов Юпитера и Сатурна.
С точки зрения гипотезы Лапласа, это
совершенно непонятно. В эпоху, когда
от первоначальной, быстро вращающейся
туманности отделилось кольцо, слои туманности,
из которых потом сконденсировалос
Для гипотезы Лапласа эта трудность оказалась непреодолимой.
1.2.Гипотеза Джинса
Гипотезе Джинса получила распространение в первой трети текущего столетия. Она полностью противоположна гипотезе Канта-Лапласа. Если последняя рисует образование планетарных систем как единственный закономерный процесс эволюции от простого к сложному, то в гипотезе Джинса образование таких систем есть дело случая.
Исходная материя, из которой потом образовались планеты, была выброшена из Солнца (которое к тому времени было уже достаточно “старым” и похожим на нынешнее) при случайном прохождении вблизи него некоторой звезды. Это прохождение был настолько близким, что его можно рассматривать практически как столкновение. Благодаря приливным силам со стороны налетевшей на Солнце звезды, из поверхностных слоев Солнца выброшена струя газа. Эта струя останется в сфере притяжения Солнца и после того, как звезда уйдет от Солнца. Потом струя сконденсируется и даст начало планетам.
Если бы гипотеза Джинса была правильной, число планетарных систем, образовавшихся за десять миллиардов лет ее эволюции, можно было пересчитать по пальцам. Но планетарных систем фактически много, следовательно, эта гипотеза несостоятельна. И ниоткуда не следует, что выброшенная из Солнца струя горячего газа может сконденсироваться в планеты. Таким образом, космологическая гипотеза Джинса оказалась несостоятельной.
1.3.Электромагнитная гипотеза происхождения солнечной системы Х.Альвена – Ф.Хойла
Электромагнитная гипотеза астрофизика
Х.Альвена усовершенствованная
Эта теория имела свои недостатки, заключавшиеся в том, что атомы наиболее лёгких элементов должны были ионизироваться ближе к светилу, а атомы тяжёлых элементов – дальше. Исходя из данного заключения, образование планет должно было произойти так – ближайшие к солнцу планеты должны были состоять из более лёгких элементов, а отдаленные из более тяжёлых. Последующие наблюдения не стыковывались с этой теорией.
Взяв за основу гипотезу Х.Альвена, астроном Ф.Хойл создал новую гипотезу, согласно которой Солнце, образовавшееся в недрах туманности быстро вращалось, момент этого вращения передавался туманности, которая постепенно превращалась в разгоняющийся диск, Солнце же начало останавливаться. В диске начали зарождаться планеты. Предполагая, что первоначальная туманность уже обладала магнитным полем, могло произойти перераспределение углового момента.
1.4.Теория происхождения Солнечной системы О.Ю.Шмидта
Выдающийся советский ученый О.Ю.Шмидт в 1944 году предложил свою теорию происхождения Солнечной системы.
Современная наука с достаточной степенью вероятности позволяет нам представить происходившие тогда события.
Если мы перенесемся в далекое прошлое, примерно на 7 миллиардов лет назад, то сможем понаблюдать за жизнью одной из газово-пылевых, водородно-гелиевых (с примесью тяжелых элементов) туманностей, которая в будущем даст начало нашей Солнечной системе. Туманность темна и непрозрачна, она медленно поворачивается вокруг своего центра, еле заметно вращается. Мы заметим, что она постепенно съеживается, сжимается, очевидно уплотняясь при этом. Действует тяготение, собирая к центру частицы туманности. Вращение туманности при этом ускоряется. А от этого возникает и увеличивается центробежная сила, способная бороться с тяготением. Тяготение сжимает туманность, а центробежная сила стремится раздуть её, разорвать. Но тяготение тянет частицы к центру со всех сторон одинаково. А центробежная сила отсутствует на "полюсах" туманности и сильнее всего проявляется на её "экваторе". Поэтому именно на "экваторе" она оказывается сильнее тяготения и раздувает туманность в стороны. Туманность, продолжая вращаться все быстрее, сплющивается, из шара превращается в плоскую "лепешку", похожую на спортивный диск. Наступает момент, когда на наружных краях "диска" центробежная сила уравновешивает, а потом и пересиливает тяготение. Клочья туманности здесь начинают отделяться. Центральная часть её продолжает сжиматься, все ускоряя свое вращение, и от внешнего края продолжают отходить все новые и новые клочья, отдельные газопылевые облака.
И вот туманность приобрела совсем другой вид. В середине вращается огромное темное, чуть сплющенное облако, а вокруг него на разных расстояниях плывут по круговым орбитам, расположенным примерно в одной плоскости, оторвавшиеся от него небольшие "облака-спутники". Центральное облако продолжает уплотняться. Теперь с силой тяготения начинает бороться новая сила - сила газового давления. Ведь в середине облака накапливается все больше частиц вещества. Там возникает "страшная теснота" и "невероятная толчея" частиц. Они мечутся, ударяя друг друга. В центре повышаются температура и давление. Тепло наружу не выходит. Облако перестает сжиматься. Могучая сила возросшего от нагрева газового давления остановила работу тяготения. В глубине черной тучи стали слабо просвечивать рвущиеся наружу клубы тусклого красного пламени. Шар кипит, перемешивая вырвавшийся огонь ядра с черным туманом своих окраин. Однако, вырвавшись наружу, горячий газ ослабил противодействие тяготению. Облако снова стало сжиматься. Температура в его центре опять начала расти. Она доходит до сотен тысяч градусов. В этих условиях вещество не может быть даже газообразным. Атомы разваливаются на свои части. Вещество переходит в состояние плазмы. Но и плазма не может выносить нагрев до бесконечности. Когда её температура поднимется выше десяти миллионов градусов, удары частиц друг о друга становятся так сильны, что ядра атомов водорода уже не отскакивают друг от друга, а врезаются, вдавливаются друг в друга и сливаются друг с другом. Начинается "ядерная реакция". Из каждых четырех ядер атомов водорода образуется одно ядро гелия. При этом выделяется огромная энергия. Газовое давление в центре заработало с удесятеренной силой. Плазма рвется наружу, с чудовищной силой она давит изнутри на внешние слои шара и приостанавливает их падение к центру.
Установилось равновесие. Плазме не удается разорвать шар, а тяготению не удается сломить давление плазмы и продолжить сжимание шара. Ослепительно светящийся бело-желтым светом шар перешел в устойчивую стадию. Он стал звездой. Стал нашим Солнцем. Теперь оно будет миллиардами лет, не меняя размера, не охлаждаясь и не перегреваясь, светить одинаково ярким бело-желтым светом. Пока внутри не выгорит весь водород. А когда он весь превратится в гелий, Солнце сожмется. От этого температура в его недрах снова повысится. Теперь уже до сотен миллионов градусов. Но тогда "воспламенится" гелий, превращаясь в более тяжелые элементы. И сжатие снова прекратится.
Есть в запасе у звезд еще
несколько ядерных реакций, требующих
для своего начала все более высоких
давлений и температур. В них "варятся"
ядра все более сложных и тяжелых
элементов. В конце концов, все
возможные реакции будут
Во многих звездах, образовавшихся из более крупных сгустков туманностей, ядерное горение проходит слишком бурно. Газовое давление оказывается намного сильнее тяготения. Оно раздувает звезду, рвет её в клочья, разбрасывая во все стороны. Эти грандиозные взрывы в звездном мире иногда наблюдаются с Земли и называются вспышками "сверхновых звезд". В результате взрыва звезда рассеивается в межзвездном пространстве, обогащая его тяжелыми элементами.
Вернемся к спутникам нашего Солнца, к тем обрывкам туманности, которые оторвались от центрального сгустка под действием центробежной силы и начали кружиться вокруг него. Именно здесь создаются условия, способствующие разделению легких и тяжелых частиц туманности. Облака-спутники находятся на очень разных расстояниях от Солнца. Далекие оно почти не греет. Зато в близких - его жар испаряет все способное испариться. А его ослепительный ярчайший свет, работая как своеобразный "ветер", выдувает из них все испарившееся, вообще все легкое, оставляя лишь то, что "не сдвинешь с места". Поэтому здесь почти не остается легких газов - водорода и гелия, основной составляющей газопылевой туманности. В результате через некоторое время химический состав облаков-спутников становится совершенно разным. В далеких - он почти не изменился. А в тех, что кружатся вблизи источающего жар и свет Солнца, остался лишь "прокаленный" и "обдутый" материал - выделенная "драгоценная жизненно важная примесь" тяжелых элементов. Начинается процесс превращения частиц туманности в планеты.
В далеких облаках-спутниках
В результате вблизи Солнца образуются несколько сравнительно небольших по размеру, но очень плотных, состоящих из очень тяжелого материала, планет. Все они резко отличаются от планет группы Юпитера богатством химического состава, обилием тяжелых элементов, большим удельным весом.
2.Солнечная система
Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по своим размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет, вместе с 61 спутником, более 100000 планет (астероидов), порядка комет, а также бесчисленное множество метеорных тел движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц (поперечником от 100 метров до ничтожно малых пылинок).
Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела – Солнца.
2.1.Солнце
Солнце представляет собой раскаленный плазменный шар диаметром 1400000 км. Его масса приблизительно в 750 раз превосходит массу всех остальных тел, входящих в систему. Всюду на одинаковых расстояниях от центра этого шара физические условия одинаковы, но они заметно меняются по мере приближения к центру. Плотность и давление быстро нарастают вглубь, где газ сильнее сжат давлением вышележащих слоёв. Следовательно, температура также растёт по мере приближения к центру. В зависимости от изменения физических условий Солнце можно разделить на несколько концентрических слоёв, постепенно переходящих друг в друга. В центре Солнца температура составляет 15 миллионов градусов, а давление превышает сотни миллиардов атмосфер. Газ сжат здесь до плотности около 150 000 кг/ .
Почти вся
энергия Солнца генерируется
в центральной области с
Солнце - ближайшая к Земле звезда. Свет от него до нас доходит за 8,3 мин. Солнце решающим образом повлияло на образование всех тел Солнечной системы и создало те условия, которые привели к возникновению и развитию жизни на Земле.
За 5 миллиардов лет существования Солнца уже около половины водорода в его центральной части превратилось в гелий. В результате этого процесса выделяется то количество энергии, которое Солнце излучает в мировое пространство. Мощность излучения Солнца очень велика: около МВт. На Землю попадает ничтожная часть Солнечной энергии, составляющая около половины миллиардной доли. Она поддерживает в газообразном состоянии земную атмосферу, постоянно нагревает сушу и водоёмы, даёт энергию ветрам и водопадам, обеспечивает жизнедеятельность животных и растений. Часть солнечной энергии запасена в недрах Земли в виде каменного угля, нефти и других полезных ископаемы. Кроме этого Солнце посылает со скоростью 3000 км/сек потоки заряженных атомов водорода, которые, попадая в атмосферу Земли, вызывают полярное сияние и магнитные бури.
Гравитационное притяжение солнца 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., т.е. 6 миллиардов километров, что очень мало по сравнению с расстояниями до ближайших звёзд. Только некоторые кометы удаляются от Солнца на 100 тысяч а.е. и подвергаются воздействию притяжения звезд.
Солнце со всей солнечной системой движется в пространстве относительно других звезд в направлении созвездия Геркулеса со скоростью 20 км/сек.
Двигаясь в Галактике, Солнечная система время от времени пролетает сквозь межзвездные газопылевые облака. Вследствие крайней разряженности вещества этих облаков погружение Солнечной системы в облако может проявится только при небольшом поглощении и рассеянии солнечных лучей. Проявления этого эффекта в прошлой истории Земли пока не установлены.
2.2.Планеты земной группы
Четыре планеты, ближайшие к Солнцу, составляют планеты земной группы - Меркурий, Венера, Земля и Марс, которые отличаются от планет-гигантов меньшими размерами, меньшей массой. Они движутся внутри пояса малых планет. В пределах одной группы планеты близки по таким физическим характеристикам, как плотность, размеры химический состав, но одна группа резко отличается при этом от другой. Каждая планета имеет свои неповторимые особенности.
2.2.1.Меркурий
Меркурий - самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы. Расположена на расстоянии 58 млн. км от Солнца.
Меркурий - четвертая по блеску планета: в максимуме блеска она почти так же ярка, как Сириус, ярче нее бывают только Венера, Марс и Юпитер. Тем не менее, Меркурий – очень трудный объект для наблюдений из-за малости его орбиты и, следовательно, близости к Солнцу.
Для невооруженного глаза Меркурий – светлая точка, а в сильный телескоп у него вид серпика или неполного круга. Изменения вида (фаз) планеты с течением времени показывают, что Меркурий – это шар, с одной стороны освещенный Солнцем, а с другой – совершенно темный. Диаметр этого шара – 4870 км.
Меркурий медленно вращается вокруг своей оси, будучи всегда обращенным, к Солнцу одной стороной (ось вращения Меркурия почти перпендикулярна плоскости его орбит). Таки образом период обращения вокруг Солнца (меркурианский год) составляет около 88 земных суток. Только в 1965г. благодаря применению радиолокации был измерен период вращения Меркурия вокруг своей оси, оказавшийся равным 58,65 сут, т.е. 2/3 его обращения вокруг Солнца. Такое вращение является динамически устойчивым.
Получается, что от восхода Солнца до его захода на Меркурии проходит год, то есть 88 земных суток. За такое время дневная сторона поверхности планеты нагревается почти до 700 К (430°С), а ночная охлаждается до 150 К (-120°С).
С помощью радионаблюдений
Фотографирование поверхности Меркурия американским космическим аппаратом "Маринер-10" в 1974-1975 гг. показало, что по виду планета напоминает Луну. Поверхность усеяна кратерами разных размеров, причём их распределение по величине диаметра аналогично распределению кратеров Луны. Это говорит о том, что они образовались в результате интенсивной метеоритной бомбардировки миллиарды лет назад на первых этапах эволюции планеты. Встречаются кратеры со светлыми лучами, с центральными горками и без них, с тёмным и светлым дном, с резкими очертаниями валов (молодые) и полуразрушенные (древние). Обнаружены долины, напоминающие известную Долину Альп не Луне, гладкие круглые равнины, получившие название бассейнов. Наибольший из них - Калорис - имеет диаметр 1300 км. Наличие тёмного вещества в бассейнах и заполненных лавой кратерах свидетельствует о том, что в начальный период своего существования планета испытала сильное разогревание, за которым последовала одна или несколько эпох интенсивного вулканизма.
Атмосфера Меркурия очень сильно разряжена по сравнению с земной атмосферой (давление атмосферы у поверхности Меркурия в 500 млрд. раз меньше давления земной атмосферы). По данным, полученным с "Маринера-10", её плотность не превосходит плотности земной атмосферы на высоте 620 км. В составе атмосферы обнаружено небольшое количество водорода, гелия и кислорода, присутствуют и некоторые инертные газы, например, аргон и неон. Такие газы могли выделится в результате распада радиоактивных веществ, входящих в состав грунта планеты.
Обнаружено слабое магнитное поле, напряженность которого меньше, чем у Земли, и больше, чем у Марса. Межпланетное магнитное поле, взаимодействуя с ядром Меркурия, может создавать в нём электрические токи. Эти токи, а также перемещения зарядов в ионосфере, которая у Меркурия слабее по сравнению с земной, могут поддерживать магнитное поле планеты. Взаимодействуя с солнечным ветром, оно создаёт магнитосферу.
Средняя плотность Меркурия значительно выше лунной и почти равна средней плотности Земли (около 5,44 г/см3). Высказывается гипотеза о том, что Меркурий имеет мощную силикатную оболочку (500 - 600 км.), а оставшиеся 50% объема занимает железистое ядро. Жизнь на Меркурии из-за очень высокой дневной температуры и отсутствия жидкой воды не может существовать. Спутников Меркурий не имеет.
2.2.2.Венера
Венера - вторая по расстоянию от Солнца и ближайшая к Земле планета Солнечной системы. Среднее расстояние от Солнца - 108 млн. км. Период обращения вокруг него - 225 сут. Во время нижних соединений может приближаться к Земле до 40 млн. км, т.е. ближе любой другой большой планеты Солнечной системы. Синодический период (от одного нижнего соединения до другого) равен 584 сут.
Венера - самое яркое светило на небе после Солнца и Луны. Известна людям с глубокой древности. Диаметр Венеры - 12 100 км.(95% диаметра Земли), масса - 81,5% массы Земли или 1:408 400 массы Солнца, средняя плотность 5,2 г/см3, ускорение силы тяжести на поверхности - 8,6 м/ (90% земного).
Период вращения Венеры долго не удавалось установить из-за плотной атмосферы и облачного слоя, окутывающих эту планету. Только с помощью радиолокации установили, что он равен 243,2 сут, причём Венера вращается в обратную сторону по сравнению с Землёй и другими планетами. Наклон оси вращения Венеры к плоскости её орбиты равен почти 90°.
Существование атмосферы Венеры было обнаружено в 1761 г. М. В. Ломоносовым при наблюдениях прохождения её по диску Солнца. В XX веке с помощью спектральных исследований в атмосфере Венеры найден углекислый газ, который оказался основным газом её атмосферы. По данным советских межпланетных станций серии "Венера", не долю углекислого газа приходится 97% всего состава атмосферы Венеры. В неё входят так же около 2% азота и инертных газов, не более 0,1% кислорода и небольшие количества окиси углерода, хромоводорода и фтороводорода. Кроме того, в её атмосфере содержится около 0,1% водяного пара. Углекислый газ и водяной пар создают в атмосфере Венеры парниковый эффект, приводящий к сильному разогреванию планеты. Причина этого состоит в том, что оба газа интенсивно поглощают инфракрасные (тепловые) лучи, испускаемые нагретой поверхностью Венеры. Температура её достигает около 500°С.

- Происхождение и эволюция человека
- Происхождение каменного угля
- Происхождение карминов, способ их получения и применение в пищевой промышленности
- Происхождение классов. Деление общества на классы. Марксистское учение о классах
- Происхождение контроллинга. Определение контроллинга
- Происхождение кооперативного движения в Испании
- Происхождение кочевничества
- Происхождение и эволюция Вселенной
- Происхождение и эволюция Вселенной
- Происхождение и эволюция Вселенной
- Происхождение и эволюция Вселенной. Модель большого взрыва
- Происхождение и эволюция денег
- Происхождение и эволюция звезд
- Происхождение и эволюция Солнечной системы