Планеты, возникновение и развитие. Современные космологические модели Вселенной. Основные этапы космической эволюции

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЗАНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ»

 

 

 

 

                                      Реферат

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

         на тему: «Планеты, возникновение и развитие. Современные космологические модели Вселенной. Основные этапы космической эволюции».

 

 

 

 

 

 

 

Автор реферата Иванова Л.И.

Группа 104

Научный руководитель Васильев А.И.

                                      

                                                  Казань – 2012

 

                                             Содержание

 

Введение 

1. Планеты, возникновение и развитие
1. Основные понятия о планете
2. Происхождение планет
3. Движение планет по орбите
4. Наклон оси

2. Современные космологические модели Вселенной

3. Основные этапы космической эволюции

Заключение

Список использовано литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                        Введение

Согласитесь, сегодня человек, в какой бы самой отдаленной области  науки или народного хозяйства  он ни работал, должен иметь представления, хотя бы общее, о нашей Солнечной  системе, звездах и современных  достижениях астрономии.

Вселенная как целое является предметом особой астрономической  науки - космологии, имеющей древнюю  историю. Истоки ее уходят в античность. Космология долгое время находилась под значительным влиянием религиозного мировоззрения, будучи не столько предметом  познания, сколько делом веры. Даже И. Кант, пробивший серьезную брешь  в религиозном толковании предмета космологии, полностью не освободился  от представления об активности сверхъестественного  фактора - Творца материи. В XX в. ситуация изменилась кардинально: был достигнут  существенный прогресс в научном  понимании природы и эволюции Вселенной как целого.

В наши дни космологические  проблемы - не дело веры, а предмет  научного познания. Они решаются с  помощью научных понятий, представлений, теорий, а также приборов и инструментов, позволяющих понять, какова структура  Вселенной и как она сформировалась. Конечно, понимание этих проблем  пока еще далеко от своего завершения, и, несомненно, будущее приведет к  новым великим переворотам в  принятых сейчас взглядах на картину  мироздания. Тем не менее, важно отметить, что здесь мы имеем дело именно с наукой, с рациональным знанием, а не с верованиями и религиозными убеждениями.

Я выбрала эту тему потому, что загадочный мир образования  планет с давних времен притягивал к себе внимание людей. Эта тема была актуальна на протяжении тысячелетий  и лишь в последние 10 лет были получены достоверные сведения о  наличии планет и планетных систем и у других звезд. Познание планет и планетных систем приведет человечество и к решению другой глобальной проблемы - существование жизни на планетах, а это предстоит решить человечеству только в третьем тысячелетии.

Таким образом, цель данной работы - рассмотреть возникновение  планет, какие модели Вселенной разработаны  в современной космологии, охарактеризовать основные этапы эволюции Вселенной  с точки зрения современной науки.

 

 

1. Планеты, возникновение и развитие

 

1. Основные понятия о планете

Планета — это небесное тело, вращающееся по орбите вокруг звезды или её остатков, достаточно массивное, чтобы стать округлым под действием собственной гравитации, но недостаточно массивное для начала термоядерной реакции, и сумевшее очистить окрестности своей орбиты от планетезималей.

Термин «планета» —  древний и имеет связи с  историей, наукой, мифологией и религией. Во многих ранних культурах планеты  рассматривались как носители божественного  начала или, по крайней мере, статуса  божественных эмиссаров. По мере того, как научные знания развивались, человеческое восприятие планет изменилось в немалой степени и благодаря  открытию новых объектов и обнаружению  различий между ними. В 2006 году Международный  астрономический союз в своём  решении дал новое определение  планеты, что вызвало как одобрение, так и критику со стороны учёного  сообщества, продолжаемую некоторыми учёными до сих пор.

В понимании учёных птолемеевской эпохи планеты вращались вокруг Земли по идеально круглым орбитам. Несмотря на то, что идея обратного — что на самом деле Земля подобно другим планетам вращается вокруг Солнца — выдвигалась не один раз, лишь в XVII столетии она была обоснована результатами наблюдений, с помощью первых построенных человеком телескопов, сделанных Галилео Галилеем. Благодаря тщательному анализу данных Иоганн Кеплер обнаружил, что орбиты планет не круглые, а эллиптические. Поскольку инструменты наблюдений улучшались, астрономы установили, что, как и Земля, планеты вращаются вокруг наклонённой к плоскости эклиптики оси и обладают такими особенностями, свойственными Земле, как полярные шапки из льда и смена сезонов. С рассветом космической эры близкие наблюдения позволили обнаружить и на других планетах Солнечной системы вулканическую деятельность, тектонические процессы, ураганы и даже присутствие воды.

Планеты можно поделить на два основных класса: большие, имеющие  невысокую плотность планеты-гиганты, и менее крупные землеподобные планеты, имеющие твёрдую поверхность. Согласно определению Международного астрономического союза, в Солнечной системе 8 планет. В порядке удаления от Солнца — четыре землеподобных: Меркурий, Венера, Земля, Марс, затем четыре планеты-гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В Солнечной системе также есть по крайней мере 5 карликовых планет: Плутон (до 2006 года считавшийся девятой планетой), Макемаке, Хаумеа, Эрида и Церера. За исключением Меркурия и Венеры, вокруг всех планет обращается хотя бы по одному спутнику.

Начиная с 1992 года, с открытием  сотен планет вокруг других звёзд, названных  экзопланетами, учёные начали понимать, что планеты можно обнаружить в Галактике везде и многие их характеристики схожи с аналогичными особенностями планет Солнечной системы. На начало декабря 2010 года известно уже 505 экзопланет, в пределах от планет-гигантов до планет земной группы.

Особый теоретический, а также практический интерес имеет для обитателей Земли вопрос о возникновении космических объектов, имеющих размеры планет.

 Отличительной чертой  планетоподобных несветящихся тел является величина их массы. Все различия между звездами и планетами являются следствием различия их масс. Особенности планет как объектов мегамира можно понять в рамках общего космогонического процесса, в силу которого вблизи определенных звезд возникает система планет — вращающихся вокруг них темных небесных тел.

 Первые теории происхождения  солнечной системы были выдвинуты  немецким философом И. Кантом  и французским математиком П.  С. Лапласом. Их теории вошли  в науку как некая коллективная  космогоническая гипотеза Канта  — Лапласа, хотя разрабатывались  они независимо друг от друга. 

 И. Кант выдвинул  гипотезу, согласно которой перед  образованием планет Солнечной  системы пространство, где теперь  она существует, было заполнено  рассеянной материей, находившейся  во вращательном движении вокруг  уже возникшего в виде центрального  сгущения Солнца. С течением времени  вследствие притяжения и отталкивания  между частицами рассеянной материи  (туманности) возникли планеты. И.  Кант впервые выдвинул предположение,  что Солнечная система не существовала  вечно. Процесс ее возникновения  он связывал с существованием  сил взаимодействия, присущих частицам  туманности. При этом гипотеза  И. Канта не противоречила наблюдаемому  расположению орбит планет Солнечной  системы приблизительно и одной  плоскости и существованию спутников. 

 Приблизительно через  50 лет после этого П. С. Лаплас  выдвинул свою гипотезу, во многом  сходную с предположением И.  Канта. Космогоническая гипотеза  П. С. Лапласа основывалась  на том, что Солнечная система  образовалась из уже вращающейся  газовой туманности. По теории  И. Канта, Солнечная система  также возникла из газовой  туманности, но она не имела  предварительного вращения. В этом случае появлялась непреодолимая трудность, невозможно было объяснить, как могло образоваться правильное вращательное движение небесных тел. Гипотеза П. С. Лапласа получила широкое признание в первой половине XIX в., но потом оказалось, что ряд фактов не укладывается в ее рамки. Например, нельзя объяснить, почему Солнце теперь вращается вокруг своей оси относительно медленно, хотя во время сжатия оно должно было вращаться столь быстро, что от него за счет центробежной силы происходило бы отделение вещества.

 Началом следующего  этапа в развитии взглядов  на образование Солнечной системы  послужила гипотеза английского  физика и астрофизика Дж. X. Джинса. Он предположил, что когда-то  Солнце столкнулось с другой  звездой, в результате чего  из него была вырвана струя  газа, которая, сгущаясь, преобразовалась  в планеты. Однако, учитывая огромное  расстояние между звездами, такое  столкновение кажется совершенно  невероятным. Более детальный  анализ выявил и другие недостатки  этой теории.

 Современные концепции  происхождения планет Солнечной  системы основываются на том,  что нужно учитывать не только  механические силы, но и другие, в частности электромагнитные. Эта  идея была выдвинута шведским  физиком и астрофизиком X. Альфвеном и английским астрофизиком Ф. Хойлом. Считается вероятным, что именно электромагнитные силы сыграли решающую роль при зарождении Солнечной системы. Согласно современным представлениям, первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа, подверженного влиянию электромагнитных сил. После того как из огромного газового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде — Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий газ на различных расстояниях — как раз там где находятся планеты. Гравитационная и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа, в результате чего образовались планеты. Когда возникли самые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах, создав таким образом системы спутников. Теории происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверности на современном этапе развития науки невозможно. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясные места [1].

 

 

1.2 Происхождение планет

Предполагается, что планеты  возникли одновременно (или почти  одновременно) 4,6 млрд. лет назад  из газово-пылевой туманности, имевшей  форму диска, в центре которого располагалось  молодое Солнце. Образование звезд и планетных систем - это, по-видимому, все-таки единый процесс, происходящий в результате конденсации облака межзвездного газа в силу его гравитационной неустойчивости.

Таким образом, протопланетная туманность образовалась вместе с Солнцем  из межзвездного вещества, плотность  которого превысила критические  пределы. По некоторым данным (присутствие  специфических изотопов в метеоритах), такое уплотнение произошло в  результате относительно близкого взрыва сверхновой звезды. Взрыв сверхновой мог ускорить и стимулировать  процесс конденсации, а также  обеспечить содержание в составе  газовой туманности тяжелых элементов. Допланетное облако было мало массивным. Если бы его масса превышала 0,15 массы Солнца, оно аккумулировалось бы не в систему планет, а в звездообразный спутник Солнца.

Протопланетное облако было неустойчивым, оно становилось все  более плоским, конденсировалось в  уплотненный диск, в нем возникали  неустойчивости, которые приводили  к образованию ряда колец, а газовые  кольца превращались в газовые сгустки - протопланеты. Протопланеты сжимались, твердые пылинки сближались, сталкивались, образовывали тела все больших размеров. В относительно короткий срок сформировались восемь больших планет.

В настоящее время господствует идея холодного, а не горячего, начального состояния Земли и других планет Солнечной системы, которые возникли в результате аккреции частиц и твердых тел газово-пылевого протопланетного облака, окружавшего Солнце. Однако пока не решен вопрос, была ли Земля гомогенна или гетерогенна к концу своего формирования, образовались ли ядро, мантия и кора в результате гетерогенной аккреции или же наша планета создавалась из гомогенного материала, который затем подвергался дифференциации в процессе последующей геологической истории. Большинство исследователей придерживаются модели гетерогенной аккреции. (Хотя вопрос о разделе вещества допланетного облака на железные и силикатные частицы пока окончательно не решен.)

Астероиды, кометы, метеориты  являются, вероятно, остатками материала, из которого сформировались планеты. Астероиды  сохранились до нашего времени благодаря тому, что подавляющее большинство их движется в широком промежутке между орбитами Марса и Юпитера. Аналогичные каменистые тела, некогда существовавшие во всей зоне планет земной группы, давно либо присоединились к этим планетам, либо разрушились при взаимных столкновениях, либо были выброшены на пределы этой зоны вследствие гравитационного воздействия планет.