Гипотезы возникновения Солнечной системы. Строение Солнечной системы. Возраст Земли

24

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Гипотезы возникновения Солнечной системы

2. Строение Солнечной системы

3. Возраст Земли

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение № 1

Приложение № 2

ВВЕДЕНИЕ

С давних времён люди наблюдали за небом и пытались составить себе представление о том, что они на нём видели. Самые заметные объекты на небе - это, конечно же, Солнце и Луна. Звёзды и планеты выглядят всего лишь маленькими светящимися точками. Однако, наблюдая за изменением положения этих точек, древние наблюдатели заметили, что на небе кроме неподвижных звезд есть особые блуждающие светила, и назвали их планетами (планета в переводе с греческого — блуждающая). Так ещё в древности люди стали различать планеты и звёзды.

Астрономические наблюдения имели очень большое значение в древности. Именно на основе наблюдений за небом, изучения закономерностей движения Солнца и Луны люди смогли создать первые календари, научиться вести счёт времени и предсказывать различные природные явления.

Важным этапом в истории развития представлений о Солнечной системе стали достижения древнегреческой астрономии. Древние греки не только установили факт шарообразности Земли, вычислив даже её примерные размеры, но и занялись созданием теории планетного движения. Среди древнегреческих астрономов были как те, которые выступали за геоцентрическую модель мира[1], так и те, которые правильно полагали, что в центре Солнечной системы находится Солнце, а Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца.

Структура Солнечной системы, в которой Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты была раскрыта в середине 16 в. Н. Коперником. Такая модель Солнечной системы получила название гелиоцентрической. В 17 в. И. Кеплер открыл законы движения планет, а И. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. Изучение физических характеристик космических тел, входящих в состав Солнечной системы, стало возможным только после изобретения Г. Галилеем в 1609 телескопа. Так, наблюдая солнечные пятна, Галилей впервые обнаружил вращение Солнца вокруг своей оси.

Один из важных вопросов, связанных с изучением нашей планетной системы — проблема ее происхождения. Вот уже два века проблема происхождения Солнечной системы волнует выдающихся мыслителей нашей планеты. Этой проблемой занималась, начиная от философа Канта и математика Лапласа, плеяда астрономов и физиков XIX и XX столетий. Ей отдал дань наш замечательный соотечественник, человек разносторонне талантливый, Отто Юльевич Шмидт. И все же мы еще очень далеки от ее решения. Какие только тайны не были вырваны у природы за эти два столетия! За последние три десятилетия существенно прояснился вопрос о путях эволюции звезд. И хотя детали удивительного процесса рождения звезды из газово-пылевой туманности еще далеко не ясны, мы теперь четко представляем, что с ней происходит на протяжении миллиардов лет дальнейшей эволюции. Увы, вопрос о происхождении и эволюции планетной системы, окружающей наше Солнце, далеко не так ясен.

Поэтому актуальность настоящей работы, с одной стороны, обусловлена большим интересом к теме возникновения и строения Солнечной системы, с другой стороны, её недостаточной изученностью.

Целью написания реферата является изучения Солнечной системы, планетной системы, в которую входит наша Земля.

Задачи, которые были поставлены передо мной в рамках написания  реферата:

1.       изучить гипотезы возникновения Солнечной системы;

2.       рассмотреть строение Солнечной системы;

3.       определить возраст Земли.

Объектом изучения являются научные труды в области космологии по изучению происхождения и структуры планет Солнечной системы, а также определения их возраста существования. Предметом изучения являются планеты Солнечной системы, относящиеся к земной группе и группе газовых гигантов.

Источниками для написания реферата стали учебники Ващекина Н. П., Гусейханова М. К., Карпенкова С.Х. «Концепции современного естествознания» и электронные материалы со свободной энциклопедии «Википедия».

1. Гипотезы возникновения Солнечной системы

На протяжении веков и даже тысячелетий ученые пытались выяснить прошлое, настоящее и будущее Вселенной, в том числе и Солнечной системы. Однако возможности планетной космологии и по сей день остаются весьма ограниченными — для эксперимента в лабораторных условиях доступны пока лишь метеориты и образцы лунных пород.

К настоящему времени известны различные гипотезы о происхождении Солнечной системы, в том числе небулярные гипотезы (И.Канта, П.Лапласа), когда Солнце и планеты образовались из единого газово-пылевого, или пылевого облака; гипотезы захвата - выброса (О.Шмидта, Т. Чемберлена и Ф. Мультона,  Д. Джинса), согласно которым  Солнце и планеты имеют различное происхождение, так Солнце образовалось из одного газово-пылевого облака (туманности), а остальные небесные тела Солнечной системы - из другого облака, которое было захвачено Солнцем (выброшено из Солнца) при прохождении вблизи него некоторой звезды; гипотезы катастроф (Ж. Бюффона, Г. Рессела), в основе которых лежит возникновение Солнечной системы в результате столкновения Солнца и пролетевшей мимо звезды. 

Первую научную гипотезу о происхождении планет Солнечной системы высказал французский ученый Жорж Бюффон (1745г.). Он предположил, что планеты возникли вследствие столкновения некой кометы с Солнцем. В результате этого столкновения, возникнувший взрыв выбил из светила гигантские капли, завращавшиеся на разных расстояниях вокруг него и вокруг своей оси. Наиболее крупные капли, постепенно остывая, дали начало планетам. В развитии Земли, возраст которой он определил в 75 тыс. лет, Бюффон выделил 7 периодов, во время которых происходило остывание планеты, образование горных пород, появление суши, возникновение растений и животных, распад единого первобытного континента (шестой период) и появление человека (седьмой период). Эти семь периодов были как семь дней, за которые Бог создал Вселенную. Бюффон не хотел ссориться с церковью, но именно он провел границу между библейской космогонией и естествознанием. И в этом заключается его главный вклад в науку.

Гипотезы о происхождении Солнечной системы из некой туманности были предложены немецким философом Иммануилом Кантом (1755г.) и Пьером - Симоном Лапласом (1796г.)  

Точка зрения И. Канта заключается в эволюционном развитии холодной пылевой туманности, в ходе которого сначала возникло центральное массивное тело — Солнце, а потом родились и планеты.

П. Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность вследствие закона сохранения момента импульса вращалась все быстрее и быстрее. Под действием больших центробежных сил, возникающих при быстром вращении в экваториальном поясе, от него последовательно отделялись кольца, превращаясь в результате охлаждения и конденсации в планеты, которые образовались раньше Солнца. Несмотря на различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи — Солнечная система возникла в результате превращения туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта—Лапласа.

Вихревая гипотеза была разработана французский астрономом Эрве Фаем в 1845 году. Гипотеза Фая допускает предвечное существование «хаоса» как тёмной и холодной туманности. Вследствие начавшегося сжатия, вызванного притяжением, материя нагревается и начинает светиться. По различным направлениям хаос бороздят «потоки» материи. Местами вследствие встречи противоположных потоков получаются вихри — родоначальники спиральных туманностей, а за ними и различных звёздных систем. Основным типом этих систем служат тесные двойные и кратные звёзды, где массы распределены довольно равномерно, а составляющие звёзды вращаются вокруг общего центра тяжести. Вследствие вихрей кольца, образовавшиеся внутри туманности, дают начало планетам с прямым вращением вокруг осей. Между тем формируется центральное сгущение — солнце, масса которого, наконец, далеко превосходит массу оставшейся туманности, и закон сил изменяется: начинает преобладать центральное притяжение, обратно пропорциональное квадрату расстояния. Все частицы туманности движутся уже по окружности в форме эллипса, в центре которой находится Солнце. Планеты, которые ещё не успели сложиться из колец, получают обратное вращение. Таким образом, по гипотезе Фая, земля и внутренние планеты старше Солнца, а оно старше Урана и Нептуна.

В 1900 году американские астрономы Томас Чемберлин и Форест Мультон предложили «планетезимальную» гипотезу. Согласно этой гипотезе, планеты возникли из газовой струи, которая отделилась от Солнца в результате близкого прохождения мимо нее другой звезды. Эта струя газа, по предположениям ученых, должна была закручиваться вокруг Солнца спиралью, постепенно охлаждаться, расширяться и дробиться на небольшие сгустки — «планетозимали». Они стали двигаться обратно к поверхности Солнца, но затем, имея тангенциальную скорость, сообщенную им проходящей звездой, начали двигаться вокруг Солнца по эллипсу. Дальнейшее развитие Солнечной системы, по мнению Чемберлина и Мультона, происходило так, как это было описано в теориях Канта и Лапласа, с той лишь разницей, что небесные тела образовывались не из частиц пыли и газа, а из «планетозималей».

Через шестнадцать лет английский математик, физик и астроном Джеймс Джинс совместно с английским астрофизиком Хэролдом Джеффрисом предложил приливную гипотезу. Они полагали, что планеты образовались из расплавленного вещества, отделившегося от Солнца (а не остывшего, как думали Чемберлин и Мультон). По этой теории в результате случайного сближения Солнца с какой-то звездой на Солнце образовалась гигантская приливная волна, приведшая к тому, что из двух противоположных точек его поверхности началось мощное извержение струй газа. Эти газовые массы очень быстро сгущались в облака, в которых росли планетезимали — небольшие твердые тела, из которых в дальнейшем сформировались планеты.

В 1935 году Генри Рессел предположил, что Солнце  было двойной звездой. Вторая звезда была разорвана силами гравитации при тесном сближении с другой, третьей звездой. Девятью годами позже английский астроном  Фред Хойл высказал теорию, что Солнце было двойной звездой, причем вторая звезда прошла весь путь эволюции и взорвалась как сверхновая, сбросив всю оболочку. Из остатков этой оболочки и образовалась планетная система.

Согласно современным представлениям, планеты Солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Подобная точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого, академика Отто Юрьевича Шмидта (1943г.). По его мнению, планеты образовались в результате объединения пылевых частиц. Возникшее около Солнца газопылевое облако сначала состояло из 98% водорода и гелия. Остальные элементы конденсировались в пылевые частицы. Беспорядочное движение газа в облаке быстро прекратилось и сменилось равномерным движением облака вокруг Солнца.

Пылевые частицы сконцентрировались в центральной плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого критического значения, его собственное тяготение стало «соперничать» с тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобретали почти круговые орбиты и в своем росте начали обгонять другие тела, став потенциальными зародышами будущих планет. Как более массивные тела они присоединяли к себе оставшееся вещество газопылевого облака. В конце концов сформировалось восемь больших планет, движение которых по орбитам остается устойчивым на протяжении миллиардов лет.

2. Строение Солнечной системы

Солнечная система представляет собой планетную систему, состоящую из центральной звезды - Солнца и вращающихся вокруг неё естественных космических объектов, таких как, планеты, их спутники, астероиды, кометы, а также космическая пыль.

Центральным объектом Солнечной системы является Солнце — звезда главной последовательности спектрального класса G2V[2], жёлтый карлик [3].

Большая часть массы объектов, связанных с Солнцем гравитацией, содержится в восьми относительно уединённых планетах, имеющих почти круговые орбиты[4] и располагающихся в пределах почти плоского диска — плоскости эклиптики. Четыре меньшие внутренние планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс, также называемые планетами земной группы, состоят в основном из силикатов (минералов) и металлов. Четыре внешние планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, также называемые газовыми гигантами, в значительной степени состоят из водорода и гелия и намного массивнее, чем планеты земной группы.

Все планеты движутся вокруг Солнца под действием его гравитационного поля приблизительно в одной плоскости против часовой стрелки относительно Северного полюса мира, а также вокруг собственной оси также против часовой стрелки, исключение составляют Венера и Уран, и некоторые спутники планет.

В Солнечной системе имеются 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 Церера, Паллада и Юнона. За орбитой Нептуна располагаются транснептуновые объекты, состоящие из замёрзших воды, аммиака и метана, крупнейшими из которых являются Плутон, Седна, Хаумеа, Макемаке и Эрида.

Дополнительно к тысячам малых тел в этих двух областях другие разнообразные популяции малых тел, таких как кометы, метеороиды и космическая пыль, перемещаются по Солнечной системе. Шесть планет из восьми и три карликовые планеты[5] окружены естественными спутниками. Каждая из внешних планет окружена кольцами пыли и других частиц. Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь[6].

Рисунок 1. Солнечная система

Солнце. Центральное тело нашей планетной системы — Солнце — ближайшая к Земле звезда, представляет собой раскаленный плазменный шар, гигантский источник энергии мощностью около 3,86 1023 кВт. Ежесекундно Солнце излучает такое количество тепла, которого вполне хватило бы, чтобы растопить слой льда толщиной в тысячу километров, окружающий земной шар. Солнце играет исключительно важную роль в возникновении и развитии жизни на Земле, на которую попадает лишь незначительная часть его энергии, в то же время достаточная для поддержания газообразного состояния земной атмосферы, нагревания поверхностей суши и водоемов и обеспечения жизнедеятельности животных и растений. Существенная часть солнечной энергии запасена в недрах Земли в виде каменного угля, нефти и природного газа.