Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Южно-Уральский  государственный университет»

Факультет «Экономика и предпринимательство»

Кафедра «Экономика фирмы и рынков» 
 
 
 
 
 
 

Реферат 

Происхождение Солнечной системы, ее состав 

По дисциплине «Концепции современного естествознания» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Челябинск 2010 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 РОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 4

2  ОБЪЕКТЫ СОЛНЕЧНОЙ  СИСТЕМЫ 9

    2.1 Меркурий 9

    2.2 Венера 9

    2.3 Земля 9

    2.4 Марс 11

    2.5  Юпитер 11

    2.6  Сатурн 12

    2.7  Уран 13

    2.8  Нептун 13

    2.9  Плутон 13

    2.10 Солнце 14

    2.11  Черные дыры 14

    2.12  Кометы 15

    2.13  Астероиды 15

    2.14  Пояс Койпера 16

3  ГРАНИЦЫ СОЛНЕЧНОЙ  СИСТЕМЫ 18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 21

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 22 

    ВВЕДЕНИЕ

    Все разнообразие планет Солнечной системы  сформировалось за несколько тысяч  миллионов лет – примерно 4,55 млрд. лет назад. При этом на Земле возникли условия, пригодные для зарождения и развития жизни. Возможно, более 4 млрд. лет назад аналогичные условия, хотя бы ненадолго, сложились и на Марсе. Наблюдения за телами Солнечной  системы позволяют реконструировать процессы, приведшие к формированию из газопылевого облака Солнца, а затем  и нынешнего облика нашей планеты. Эту эволюцию можно разделить  на несколько этапов. Сначала межзвездные  газ и пыль сконцентрировались в  плотное и холодное облако. Силы притяжения внутри облака привели к  образованию вращающегося диска, который  постепенно уплотнялся и разогрелся в центре. В конце концов там  вспыхнуло Солнце. Вокруг него остались частицы, которые, притягивая друг друга, образовали твердые тела – зародыши будущих планет. Так, примерно за 55 – 100 млн. лет из исходного газопылевого облака образовалась Солнечная система. Следующие 4,4 млрд. лет  ее развитие определялось теплом и гравитацией находящейся в центре звезды.

    1 РОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

    Примерно 4,5 млрд. лет назад в одной из туманностей нашей Галактики  закрутился газопылевой диск. В его  центре вспыхнула звезда. Вокруг нее  стало конденсироваться оставшееся вещество - мелкие частицы, слипавшиеся  затем в планеты. Так возникла Солнечная система.

    Газопылевые туманности, скапливающиеся на периферии галактических рукавов, огромны - до 10 тыс. солнечных масс. Недавно в них заметили газопылевые диски. Такая структура быстро обособляется от остального вещества, и в ее центре вспыхивает звезда.

    Ученые  предполагали существование протозвездных дисков еще в начале 20-го века. К этому подводили разные наблюдения.  Два века известно, что все планеты вращаются в одной плоскости и в одном направлении.   По законам физики, если газовое облако, сжимаясь, вращается вокруг своей оси, оно неизбежно принимает дисковидную форму. Так же выглядят кольца вокруг гигантских планет Солнечной системы. Возникла концепция протозвездной (протосолнечной) дисковидной туманности.

    Из  межзвездной туманности могут образоваться сотни звезд. Они вспыхивают вместе, целым роем, и быстро обособляются от окружающего газопылевого вещества. Так возникло и наше Солнце. Совсем недавно, благодаря последнему поколению приборов астрономы получили возможность наблюдать самое начало этого процесса. Они рассмотрели молодые звезды, еще окруженные газопылевыми дисками. Это аналоги протосолнечной туманности.

    Вспышка звезды очень мощный энергетический процесс. С обоих полюсов крутящегося вокруг своей оси и еще погруженного в исходную туманность новорожденного светила выбрасываются  струи горячего вещества. Возникают рентгеновское излучение и потоки частиц, бомбардирующих поверхность диска. В это время там формируются первые зачатки планет.

    Колоссальная солнечная активность привела образованию многих новых веществ, обнаруживаемых в метеоритах. Возникли органические и минеральные молекулы, давшие первые твердые компоненты нашей планетной системы.

    Современные приборы еще не позволяют заглянуть внутрь протозвездных дисков. Эти объекты находятся от нас в десятках световых лет и слишком мелки для непосредственного наблюдения. Пока приходится обходиться теоретическими моделями.

    Возможно, лет через 50 мы увидим в телескоп возникновение около молодой звезды каменной планеты земного типа. Тогда и проверим, верна ли нынешняя теория, предсказывающая образование таких небесных тел в «горячей» зоне протозвездного диска.

    В этом газовом диске температура, плотность и давление менялись со временем и в зависимости от расстояния до Солнца. Точные оценки неизвестны, но, в первом приближении, остатки туманности остыли и рассеялись в межзвездном пространстве максимум за несколько миллионов лет.

    Температура и давление понижались с удалением от центра диска, и это позволяет объяснить разницу в строении и химическом составе планет нашей системы. Вблизи Солнца остались плотные тела из тугоплавких веществ, богатые металлическим железом, т. е. Меркурий, Венера и Земля. У периферии сосредоточились гиганты, образованные в основном жидкими и замерзшими газами, включая водяной пар. Марс в этой схеме занимает промежуточное положение.  

          Наши знания о  химическом составе Солнечной системы существенно расширились благодаря межпланетным зондам. За орбитой Марса кружатся тела, состоящие в основном изо льда. Некоторые спутники Юпитера и Сатурна - это почти исключительно замерзшая вода. Спутник Юпитера Европа представляет собой сплошной океан глубиной в сотни километров, покрытый мощным слоем льда. Многие кратеры на его поверхности оставлены телами, которые богаты водой (каменные и железные метеориты оставляют другие воронки). Вероятно, кометы, состоящие наполовину из воды, тоже родились на окраинах Солнечной системы.

    Вывод таков: протосолнечная туманность была очень влажной. Вблизи светила воды не осталось - пар снесло к периферии системы, где пошел снег. Земля не исключение. По отношению к общей массе нашей планеты воды на ней очень мало. Недавние исследования говорят о возможности ее позднейшего «импорта» в составе гигантских метеоритов, прилетевших с холодных окраин Солнечной системы.

    Если  верна гипотеза о мощном перемешивании  протосолнечной туманности, то сначала ее вещество было однородным от центра до периферии.

    Потом в центре диска вспыхнула звезда. Вокруг нее образовался градиент температуры и давления, который перераспределил элементы диска и привел к их конденсации в растущие, словно снежные комья, частицы - планетезимали. В ходе бесчисленных соударений они слипались и дробились, дав начало планетам, астероидам, метеоритам и кометам.

    Метеориты - это остатки планетезималей, сформировавшихся во внутренней зоне Солнечной системы, а кометы - тех, что возникли на ее холодной периферии, за орбитами газовых гигантов Урана и Нептуна.

    История образования Земли еще во многом неясна. Это касается, в частности, механизмов, обусловивших нынешний химический состав как нашей, так и остальных планет Солнечной системы. Два недавних наблюдения еще больше озадачили ученых. Во-первых, все планеты и их спутники в нашей системе различны по химическому составу; во-вторых, возможно, планеты находятся сейчас не там, где они формировались!

    Первый  вывод сделан на основе данных, переданных космическими зондами, путешествующими по Солнечной системе. Второе предположение возникло после того, как около некоторых звезд были обнаружены газовые планеты - гиганты типа Юпитера, расположенные вдесятеро ближе к своему светилу, чем Юпитер к Солнцу. Это можно объяснить только тем, что они образовались на периферии протозвездной туманности, а затем быстро приближались  к ее горячему центру, теряя газовую оболочку. Возможно, Земля тоже лишилась части атмосферы на пути к Солнцу? Пока ученые лишь спорят  по  этому поводу.

    В отличие от планет, вращающихся в одной плоскости, кометы кружат вокруг Солнца по орбитам, образующим сферический клубок. Его внешняя часть, называемая облаком Оорта (по имени первооткрывателя),  находится далеко за орбитой Плутона, самой далекой планеты Солнечной системы. Кометы притягиваются к Солнцу, но сил притяжения на таких расстояниях слишком  мала для поддержания постоянных орбит. Даже небольшие перераспределения космических масс меняют траектории комет. Многие из них, сбившись с пути, падают на Солнце. Другие, проскочив рядом, возвращаются в облако Оорта.  Вблизи Солнца их вещество испаряется  и образует на небе длинный  хвост,  светящийся  в солнечных лучах. Он хорошо заметен с Земли, и его состав можно определить спектроскопическими методами. Современная техника уже позволила составить каталог веществ, обнаруженных в хвостах комет. Это помогает лучше понять историю формирования таких небесных тел и Солнечной системы в целом.

    Кометы  близки по составу к Солнцу. В кометах содержится большое количество льда, можно предположить, что периферия протосолнечого облака, где они возникли, находилась далеко за нынешними орбитами планет. В хвостах комет обнаружены пылинки, богатые органическими молекулами, близкими по природе к молекулам холодных межзвездных туманностей. Следовательно, температура протосолнечного диска была местами так низка, что перемешанные с газом органические соединения не разрушались. Обнаружены соединения кремния, характерные для внутренней зоны Солнечной системы - области метеоритов и каменных планет. Следовательно,  перемешивание в диске было таким сильным, что минералы, кристаллизующиеся при температуре 1000⁰ С, выбрасывались из его горячей центральной  части на периферию.

    Таким образом, протосолнечная туманность была однородной лишь в самом общем приближении. Внутри нее происходили быстрые и мощные локальные изменения. В результате пылинки, несмотря на активное перемешивание, сохраняли «химическую память» о своем происхождении.

    Измерения радиоактивности метеоритов позволяют  оценить время их появления в  Солнечной системе и продолжительность событий, приведших к формированию небесных тел. Применительно к земным породам этим занимается изотопная геохимия, методы которой оказываются весьма полезными для построения космогонических теорий. На сегодняшний день все измерения ведут к единому выводу: Солнечная система возникла давно (4,5 млрд. лет назад), но удивительно быстро - за несколько миллионов лет. Для сравнения: земные горы типа Альп образовались в течение десятков миллионов лет. Некоторые горные породы нашей планеты старше 500 млн. лет, а древнейшим осадкам - 3,5 млрд. лет. На этом фоне Солнечная система сформировалась почти мгновенно.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 ОБЪЕКТЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

    2.1 Меркурий

    Меркурий - ближайшая к Солнцу планета, среднее  расстояние от Солнца 0,387 а.е (58 млн. км), средний диаметр 4880 км. Меркурий практически лишен атмосферы, поверхность подобна лунной. Период обращения вокруг Солнца (меркурианский год) составляет около 88 суток, период вращения вокруг своей оси равен 58,6 суткам (меркурианские звездные сутки), меркурианские солнечные сутки (например, промежуток времени между двумя последовательными восходами Солнца) равны 176 суткам, т.е. двум меркурианским годам.

    Как и остальные планеты земной группы: Венера, Земля и Марс, - Меркурий состоит  преимущественно из камня и металла. Этот своеобразный маленький мир "изрыт" кратерами, причем сама планета внешне похожа на соседку Земли - Луну.

    2.2 Венера

    Венера - вторая по удаленности от Солнца планета, среднее расстояние от Солнца 0,72 а.е. (108,2 млн. км), средний диаметр 12100 км. Плотная атмосфера состоит в  основном из углекислого газа, давление у поверхности около 94 атмосфер, температура около 479 Цельсия. Поверхность  в основном равнинная, сложена базальтами, обнаружены следы вулканической  деятельности, ударные кратеры. Период обращения вокруг Солнца 224,7 суток, период вращения вокруг своей оси 243 сутки.

        Температура днем достигает 895 градусов по Фаренгейту (480 градусов Цельсия). Из-за плотной атмосферы и неблагоприятного состава газа планета не подходит для жизни человека.   Состав - преобладают каменисто-пустынные ландшафты. Планета состоит также преимущественно из камня и металла.

    2.3 Земля

    Земля, третья планета от Солнца, является крупнейшей из 4-х внутренних планет, имеющих схожую с земной внутреннюю структуру. В процессе движения нашей  планеты по орбите вокруг Солнца плоскость  земного экватора перемещается параллельно  самой себе таким образом, что  в одних участках орбиты земной шар наклонен к Солнцу своим северным полушарием, а в других - южным, именно это и является причиной смены времён года. Кроме того расстояние от Земли до Солнца в различных точках орбиты неодинаковые, в перигелии (3 января) оно приблизительно на 2.5 млн. км. меньше, а в афелии на столько же больше среднего расстояния, составляющего 149, 6 млн. км. 
Большую часть поверхности Земли занимает Мировой океан (361 млн. км.², или 71%), суша составляет 149 млн.км.² (29%). Средняя глубина Мирового океана- 3 900 м. Существование осадочных пород, возраст которых превосходит 3,7 млрд. лет, служит доказательством существования на Земле обширных водоемов уже в ту далекую эпоху, когда, предположительно появились первые живые организмы.

    Форма Земли, как известно, близка к шарообразной. Одна из особенностей Земли как планеты - ее магнитное поле,    благодаря которому мы можем пользоваться компасом. Магнитное поле Земли несимметрично. Под действием исходящего от Солнца течения плазмы магнитное поле Земли искажается и приобретает "шлейф" в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров.

    Наша  планета окружена обширной атмосферой, которая благодаря присутствию  небольшого озонового слоя, нейтрализует опасное для жизни коротковолновое  солнечное и космическое излучение. Действуя подобно хорошей одежде, атмосфера оберегает земную поверхность  и от температурных перепадов. Основными газами, входящими в состав нижних слоев атмосферы Земли, являются азот (~78%), кислород (~21%) и аргон (~1%). Других газов в атмосфере Земли очень мало, например, углекислого газа около 0,03%.  

       Масса Земли найдена из экспериментальных измерений физической постоянной тяготения и ускорения силы тяжести. Для массы Земли получено значение 5,97610²⁴кг, что соответствует средней плотности вещества 5517. Определено, что средняя плотность минералов на поверхности Земли приблизительно вдвое меньше средней плотности Земли. Из этого следует, что плотность вещества в центральных частях планеты выше для всей Земли. Полученный из наблюдений момент инерции Земли, который сильно зависит от распределения плотности вещества вдоль радиуса Земли, свидетельствует также о значительном увеличении плотности от поверхности к центру.

    2.4 Марс

    Марс - четвертая планета от Солнца, среднее расстояние от Солнца составляет 1,5 а.е. (227,9 млн. км), средний диаметр 6780 км. Разреженная атмосфера состоит в основном из углекислого газа, среднее давление у поверхности 0,006 атм. Поверхность Марса - пыле-песчаная пустыня с каменистыми россыпями, потухшими вулканами, ударными кратерами, ветвящимися каньонами типа высохших русел рек. Период обращения вокруг Солнца 687 суток, период вращения вокруг своей оси 24 ч 37 мин. Два известных спутника Марса - Фобос и Деймос. Значительный научный материал о Марсе получен с помощью космических аппаратов "Маринер" и "Марс".

         Поверхность Марса более интересная, нежели поверхность большинства планет. Как Меркурий, Венера и Земля, Марс преимущественно состоит из камня и металла. Горы и кратеры Марса покрывают "рубцами" его неровную поверхность. Пыльные железные окислы придают планете специфическую красновато-бурую окраску. Тонкий слой атмосферы и эллиптическая орбита вместе влияют на температуру, которая колеблется от минус 207 градусов по Фаренгейту к комфортным 80 градусам по тому же Фаренгейту в летний период. В последнее время на Марсе исследуются огромные штормы, кружащиеся над Марсом. Эти штормы очень похожи на земные ураганы.

    2.5 Юпитер

    Юпитер - пятая по счету от Солнца, а также  крупнейшая планета нашей Солнечной  системы, среднее расстояние от Солнца 5,2 а.е. (778 млн. км), экваториальный диаметр около 142 800 км, полярный - около 134100 км.

        Представляет собой газо-жидкое тело, твердой поверхности не имеет. Состоит в основном из водорода и гелия. В верхних слоях Юпитера (атмосфере) наблюдаются бурные движения, грозовая активность. Период обращения вокруг Солнца 11,9 года, период вращения вокруг своей оси 9 ч 45 мин (для полярной зоны) и 9 ч 50,5 мин для экваториальной зоны. Обнаружено кольцо шириной около 6000 км и толщиной около 1 км, состоящее из частиц размером от нескольких мкм до нескольких метров.   Юпитер так массивен, что мог притянуть к себе все остальные планеты Солнечной системы.

      Наиболее известная особенность  Юпитера - это его вихреобразный  сгусток облаков, которые располагаются  выше остальных, причем являясь  более холодными, нежели окружающие  их облака. Этот вихрь назван  Великим Красным Пятном. Красное  Пятно похоже на гигантский  ураган, который вызывает штормовые  ветры, несущиеся с огромной  скоростью над быстро поворачивающейся  планетой. Ветры дуют против часовой  стрелки вокруг этого гигантского  вихревого образования со скоростью  до 250 миль в час (450 км в час).

        В центре Юпитера имеется каменное ядро, массой во много раз больше массы Земли. Но основная масса Юпитера - это довольно внушительный слой газообразных облаков, которые закрывают ядро.Вокруг Юпитера существует несколько тонких колец и, по меньшей мере, 16 спутников. Крупнейшие: Ганимед (диаметр около 5260 км), Каллисто (диаметр около 4800 км), Ио (около 3600 км), Европа (около 3130 км) - так называемые галилеевы спутники планеты. Состоят в основном из "скальных" пород и водяного льда.

    2.6 Сатурн

    Сатурн - следующая планета Солнечной  системы, среднее расстояние от Солнца 1,427 млрд. км, средний экваториальный диаметр около 120500 км, полярный - около 107500 км. Средняя плотность Сатурна меньше плотности воды - наименьшая для планет Солнечной системы. По строению и химическому составу Сатурн в основном похож на Юпитер. Период обращения вокруг Солнца 29,5 года, период вращения вокруг своей оси около10 ч (экваториальные области вращаются на 5% быстрее полярных). В систему Сатурна входят  знаменитые кольца толщиной около 1 км.

          Как и Юпитер, его  сосед, Сатурн имеет твердое ядро и газообразную остальную часть. Но Сатурн больше известен своими кольцами. Километровой толщины кольца состоят  из бессчетного количества частиц разного  размера: от дюйма (примерно 2,5 см) до нескольких метров.

    2.7 Уран

    Уран - седьмая от Солнца планета Солнечной  системы. Среднее расстояние от Солнца 2871 млн. км, диаметр 50540 км. По строению и химическому составу в основном подобен Юпитеру, но содержит значительно больше метана и аммиака. Период обращения вокруг Солнца 84 года, периодического вращения вокруг своей оси около 17 ч 14 мин. Открыты 15 спутников Урана (крупнейшие Титания, диаметр около 1600 км, и Оберон, диаметром около 1550 км) и кольца, подобные по строению кольцу Юпитера. Как и его соседи, преимущественно состоит из газа (поверхность) и маленького каменного ядра.

    2.8 Нептун

    Нептун - предпоследняя планета Солнечной  система, среднее расстояние от Солнца 30,1 а.е. (4497 млн. км), средний диаметр  около 50000 км. В целом подобен Урану, но отличается бурными процессами в атмосфере. Период обращения вокруг Солнца 164,8 года, период вращения вокруг своей оси 16 ч 6 мин. Открыт в 1846 году немецким астрономом И.Галле по теоретическим предсказаниям французского астронома У.Ж. Леверье и английского астронома Дж.К.Адамса.

    Состав - каменное ядро, покрытое льдом, водород, гелий, метан. Как и остальные  газообразные планеты, в своей атмосфере  Нептун имеет быстрые ураганные  ветры, но планета содержит, как предполагается, глубокий океан, состоящий из воды.

    Из-за странной орбиты Плутона Нептун иногда оказывается самой удаленной  от Солнца планетой. С 1979 года Нептун был 9-й планетой от Солнца. 11 февраля 1999 года он пересек орбиту Плутона и еще раз стал 8-й планетой от Солнца, где и останется на следующие 228 лет.

    2.9  Плутон

    Плутон - последняя и самая удаленная  от Солнца планета Солнечной системы. Среднее расстояние от Солнца 39,44 а.е., диаметр около 2300 км. Период обращения вокруг Солнца 248,6 года, период вращения вокруг своей оси 6,4 суток. Плутон имеет спутник - Харон, сопоставимый по размерам с планетой. Плутон, размером с 2-3 Луны (естественного спутника Земли), холодная, темная и "замороженная" планета. Относительно немного известно о ней - этой планете со странной орбитой. Состав Плутона - предположительно включает в себя камень и лед, имеет тонкую атмосферу, состоящую из азота, метана и углеродной одноокиси.

    248-летняя  орбита Плутона проходит так,  что планете приходится пересекать  путь Нептуна. Орбита этой удивительной планеты наклонена под углом в 17 градусов к орбите Земли. Достоверно известно, что у Плутона имеется один спутник - Харон, открытый в 1978 году. Возможная гипотеза его происхождения такова - возможно, это осколок столкнувшегося с Плутоном большого космического тела.

    2.10 Солнце

    Солнце - это чудовищных размеров атомная "печь". Причем температура по мере приближения  к ядру возрастает приблизительно с 6000 градусов до 15 миллионов градусов. Это необходимые условия для  термоядерных реакций, в результате которых выделяется столь необходимая  Земле энергия, без которой на нашей планете и в помине не было бы жизни.

    Итак, Солнце примерно на 72% состоит из водорода, остальную же часть занимает гелий. Сами по себе эти газы довольно легкие, но принимая в расчет то, что Солнце весит примерно столько же, сколько  бы весили примерно 330 тысяч наших  планет. Следовательно, концентрация газов  огромна. Внешние частицы газа оказывают  огромное давление на частицы внутренние. Но Солнце сохраняет все же свою форму.

    2.11  Черные дыры

    Наверное, черные дыры - космические тела, которые  привлекают к себе не меньше внимания, чем поиски планеты, подобной по условиям Земле.

    Во  Вселенной имеются небесные тела на поверхности которых существует огромная сила тяжести. К ним относятся  и черные звезды, притяжение которых  так велико, что они не отпускают  от себя даже собственный свет. Следовательно, они не светятся, оставаясь при этом черными. Итак, черная дыра - это место, где сосредоточена огромная масса вещества.

    Черные  дыры "растут", как сорняки, в  космосе: в центре каждой галактики  имеется громадная черная дыра. Из-за особенностей черной дыры ее нельзя увидеть, а можно лишь определить ее местоположение. Кроме того, ежегодно черные дыры поглощают эквивалентное 1 млн. солнц количество раскаленного газа.

    Что касается галактик, то можно сказать, что галактики сами формируют  друг друга: одни галактики пожирают другие, из уплотняющегося газа зарождаются  новые звезды и т.д.

    2.12 Кометы

    Кометы - космические тела, хвостатые звезды. Это небольшие, размером до нескольких километров, глыбы изо льда, пыли, камня, аммиака и метана; походят  на снежки. По законам Кеплера кометы движутся по эллиптическим орбитам. Но их орбиты более вытянутые, иногда уходят дальше орбиты Плутона. Причем в этом отдаленном пространстве нашей  Солнечной системы обитают миллиарды  планет, 1-2 из которых ежегодно появляются вблизи нас.

    Комета, приближаясь к Солнцу, становится видна, приобретая при этом "голову" и "хвост", которые формируются из газа, составляющего комету.  Большинство комет появляется только раз, исчезая после навсегда в глубины Солнечной системы, туда, откуда они пришли. Но существуют и кометы периодические.