Солнечной системы с точки зрения космологии

Введение

"Всякий, кто способен  чувствовать, глядя на небо в  ясную ночь, не может не спрашивать  себя, откуда берутся звезды, куда  они исчезают и что поддерживает  порядок во вселенной. Такого  же рода вопросы мы задаем, изучая самоорганизующийся бесконечный  мир человеческого организма  и заглядывая в восприимчивые  и испытующие человеческие глаза, постоянно стремящихся преодолеть  разрыв между двумя этими мирами." Я процитировала  Г.Селье , который  в этом отрывке точно описывает  желание человека познать всё  непознанное, изучить неизученное. Ведь во все времена люди  хотели знать как возник наш  мир. С древних времен люди  изучали вселенную, представления  о ней с течением времени  становились всё менее примитивными, стремительно развивались, рассматривались  новые теории как астрономами, так и философами.

Объектом моей работы является рассмотрение Солнечной системы с точки зрения космогонии.

Предметом моей работы является изучение Солнечной системы с точки зрения космологии.

Целью моей работы является изучение астрономической картины мира, рассмотрение того, как во все времена изучали нашу Солнечную систему. И, конечно, я хотела бы, изучить строение, особенности, происхождение солнечной системы, состав планет.

Практическая значимость данной работы велика, так как эта тема всегда насущна и каждый образованный человек должен знать всё о своём звёздном доме.

 

 

 

 

Часть I

"Как же всё начиналось?"

Для начала я хотела бы создать элементарный понятийный аппарат.

Мегамир - это планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики - мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов — миллионами и миллиардами лет. 

Звезда - излучающий свет массивный газовый шар, удерживаемый силами собственной гравитации и внутренним давлением, в недрах которого происходят реакции термоядерного синтеза, а именно реакция превращения четырех ядер водорода в одно ядро гелия и выделения при этом энергии.

Солнце - Звезда Солнечной системы типа желтый карлик.

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.

Спутник - небесное тело, обращающееся по определённой траектории (орбите) вокруг другого объекта (например, планеты) в космическом пространстве под действием гравитации. Различают искусственные и естественные спутники.

Космогония - это в переводе с греческого "гонейа" означает рождение. Это область науки, в которой изучается происхождение и развитие космических тел и их систем. Различают несколько видов космогонии:

• Планетная
• Звездная
• Галактическая

 

Я буду рассматривать Солнечную систему с точки зрения звездной космогонии. Раскрою гипотезы  о происхождении Солнечной системы, которые эволюционируют одна в другую.

Гипотеза Канта-Лапласа (Небулярная гипотеза)

Это основная гипотеза о происхождении Солнечной системы. Это была первая серьезная попытка создать картину происхождения Солнечной системы с научной точки зрения. Она связана с именами французского математика Пьера Лапласа и немецкого философа Эммануила Канта, работавших в конце XVIII века. Они полагали, что прародительницей Солнечной системы является раскаленная газово-пылевая туманность, медленно вращавшаяся вокруг плотного ядра в центре. Под влиянием сил взаимного притяжения туманность начала сплющиваться у полюсов и превращаться в огромный диск. Плотность его не была равномерной, поэтому в диске произошло расслоение на отдельные газовые кольца. В дальнейшем каждое кольцо начало сгущаться и превращаться в единый газовый сгусток, вращающийся вокруг своей оси. Впоследствии сгустки остыли и превратились в планеты, а кольца вокруг них — в спутники.

Основная часть туманности осталась в центре, до сих пор не остыла и стала Солнцем. Уже в XIX веке обнаружилась недостаточность этой гипотезы, так как она не всегда могла объяснить новые данные в науке, но ценность ее все еще велика.

Гипотеза Роша

Эта гипотеза не касается звездных миров, а только солнечной системы. Первичная туманность есть газообразная раскаленная атмосфера Солнца, которая простиралась далеко за пределы нынешней планетной системы. Солнце уже вырисовывалось как довольно плотное сгущение в центре. Вся планетарная система подобна туманным звездам или планетарным туманностям с центральным сгущением. Солнцу и его атмосфере от вечности присуще равномерное вращение. Атмосфера ограничена поверхностью, где центробежная сила уравновешена притяжением центрального ядра и всей атмосферы. Под влиянием притяжения, частью же вследствие внешнего охлаждения атмосфера сжимается. Тогда вращение ускоряется; увеличивается центробежная сила; поверхность равновесия обеих сил отступает внутрь всей массы, и слой туманной материи должен отделиться под экватором в виде туманного вращающегося кольца. При этом частицы, которые были расположены вне экватора, стекают к нему; но, обладая недостаточными скоростями, чтобы оторваться от общей массы, впитываются обратно в туманность и образуют эллиптические потоки около солнца внутри самой атмосферы, образуют внутренние туманные кольца. Часть их падает на солнце и увеличивает его массу. Попеременное увеличение центрального сгущения, сменяясь внешним сокращением объема вследствие охлаждения и сжатия, вызывает то, что поверхность равновесия отступает скачками, а отделение туманных колец происходит ритмично — материя не выделяется безостановочно на экваторе. Каждое кольцо склубилось в один ком — будущую планету, образование одной планеты из кольца составляет самый слабый пункт гипотезы; кольцо должно бы распасться на множество мелких телец (как астероиды). Вращение планет вокруг осей было первоначально обратно движению планет вокруг солнца, но тут выступил новый фактор — приливы, вызванные солнцем в планетной массе. Трение их постепенно замедляет это обратное вращение, наступает момент, когда вращение исчезает, затем, в благоприятных случаях, может получиться прямое вращение. Приливы на Уране и Нептуне слишком малы, чтобы уничтожить их первоначальное обратное вращение. Период обращения планеты около солнца равен времени вращения атмосферы солнца в момент выделения кольца. Внутренние же кольца объясняют быстрое обращение спутников Марса и колец Сатурна. Образование спутников идет в каждой планетной массе совершенно аналогично образованию самих планет. Приливы препятствуют образованию спутников второго порядка. Наклонности и эксцентриситеты орбит планет вызваны последующими взаимными возмущениями планет. — Гельмгольц ввел в гипотезу Роша закон сохранения энергии, и указал на сжатие как на единственно достаточный источник лучистой энергии солнца.

Недостатки теории Роша:

• Плотность первичной туманности должна быть так мала, что она не могла бы вращаться как твердое тело (равномерно);
• Отрыв вещества не может происходить скачками и только в экваториальной плоскости, а должен происходить либо непрерывно, либо центрально симметрично, как сброс оболочки при образовании планетарной туманности;
• Кольца с массой, равной массе планет не могли бы сгуститься, а рассеялись бы в пространстве;
• Источником энергии Солнца является не сжатие, а термоядерный синтез в солнечных недрах.

 

 

 

Гипотеза Ж.Бюффона

Далеко не все были согласны с эволюционным сценарием происхождения планет вокруг Солнца. Еще в XVIII веке французский естествоиспытатель Жорж Бюффон высказал предположение, поддержанное и развитое американскими физиками Чемберленом и Мультоном. Суть этих предположений такова: когда-то в окрестностях Солнца пронеслась другая звезда. Ее притяжение вызвало на Солнце огромную приливную волну, вытянувшуюся в пространстве на сотни миллионов километров. Оторвавшись, эта волна стала закручиваться вокруг Солнца и распадаться на сгустки, каждый из которых сформировал свою планету.

 

Гипотеза Фая

Допускает предвечное существование «хаоса» как темной и холодной туманности. Вследствие начавшегося сжатия, вызванного притяжением, материя нагрелась и стала слабо светиться, совершенно подобно туманностям, открытым фотографией.

По различным направлениям хаос бороздят «потоки» материи. Местами вследствие встречи противоположных потоков получаются вихри — родоначальники спиральных туманностей, а за ними и различных звездных систем. Основным типом этих систем служат тесные двойные и кратные звезды, где массы распределены довольно равномерно, а составляющие звезды вращаются вокруг общего центра тяжести. Для образования системы, подобной нашей солнечной, требовались исключительно благоприятные условия. Фай настаивал, что планетные системы — редкое исключение среди звездных миров. Там, где в хаосе не было встречи движений, образовались не вихри, а медленно сгущающиеся облака мелких раскаленных телец (пример тому в созв. Геркулеса, Центавра). В такой системе равнодействующая сила ньютонианского взаимного притяжения отдельных частиц всегда направлена к центру системы и прямо пропорциональна расстоянию частицы до него.

Такой же закон сил господствовал и в нашей системе до сложения солнца. Вследствие этого 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 законам Кеплера. Планеты, которые еще не успели сложиться из колец, получают вращение обратное.

Таким образом, по гипотезе Фая, земля и внутренние планеты старше солнца, а оно старше Урана и Нептуна. Несмотря на удачное замечание о перемене закона сил, гипотеза Фая объясняет некоторые пункты (напр. образование колец) менее удовлетворительно, чем гипотеза Лапласа-Роша. Даже главная цель ее — объяснить аномальное вращение Урана и Нептуна — не вполне достигнута.

Гипотеза О.Ю.Шмидта

Советский геофизик О.Ю.Шмидт несколько иначе представлял себе развитие Солнечной системы, работая в первой половине XX века. Согласно его гипотезе, Солнце, путешествуя по Галактике, проходило сквозь газопылевое облако и увлекло часть его за собой. Впоследствии твердые частицы облака подверглись слипанию и превратились в планеты, изначально холодные. Разогревание этих планет произошло позже в результате сжатия, а также поступления солнечной энергии. Разогрев Земли сопровождали массовые излияния лав на поверхность в результате вулканической деятельности. Благодаря этому излиянию сформировались первые покровы Земли.

Из лав выделялись газы. Они образовали первичную атмосферу, которая еще не содержала кислорода. Больше половины объема первичной атмосферы составляли пары воды, а температура ее превышала 100°С. При дальнейшем постепенном остывании атмосферы произошлаконденсация водяных паров, что привело к выпадению дождей и образованию первичного океана. Это произошло около 4,5-5 млрд. лет назад. Позднее началось формирование суши, которая представляет собой утолщенные, относительно легкие части литосферных плит, поднимающихся выше уровня океана.

 

 

 

Гипотеза Ф.Хойла

Английским астрофизиком Фредом Хойлом была предложена своя гипотеза. Согласно ей у Солнца была звезда-близнец, которая взорвалась. Большая часть осколков унеслась в космическое пространство, меньшая — осталась на орбите Солнца и образовала планеты.

 

Вывод:

Все гипотезы по-разному трактуют происхождение Солнечной системы и родственные связи между Землей и Солнцем, но они едины в том, что все планеты произошли из единого сгустка материи, а дальше судьба каждой из них решалась по-своему. Земле предстояло пройти путь в 5 млрд. лет, испытать ряд фантастических превращений, прежде чем мы увидели ее в современном облике. Однако необходимо заметить, что гипотезы, не имеющей серьезных недостатков и отвечающей на все вопросы о происхождении Земли и других планет Солнечной системы, пока еще нет. Но можно считать установленным, что Солнце и планеты образовались одновременно (или почти одновременно) из единой материальной среды, из единого газово-пылевого облака.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Часть II

"Что же такое  Солнечная система?"

Теперь я хотела бы рассмотреть Солнечную систему с точки зрения космологии. Для этого я введу в мою работу еще несколько важных понятий.

Космология - это раздел астрономии, изучающий закономерности строения вселенной. Ранние формы космологии представляли собой религиозные мифы о сотворении (космогония) и уничтожении (эсхатология) существующего мира.

Выводы космологии - это модели происхождения и развития Вселенной.

Астрономия - это наука о строении и развитии космических тел и их систем.

Астрофизика - часть астрономии, изучающая физические и химические явления, происходящие в небесных телах, их системах и в космическом пространстве. Основывается главным образом на наблюдениях.

Спектральный анализ - один из основных методов астрофизики. Изучение цветового спектра, исходящего от космического тела, которое дает возможность предположить из чего состоит данное тело, какие у него свойства и особенности. С помощью спектрального анализы мы можем изучать только звезды, ведь только они испускают собственный свет. Так мы знаем о примерном строении солнца. Еще есть проблема изучения спектрального анализа с земли, так как атмосфера на пропускает коротковолновые излучения (ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-лучи), поэтому появляется новая наука Космонавтика (она позволяла более полно изучать спектральный анализ)

Теперь я хотела бы дать характеристику составляющим солнечной системы, разделив их на подгруппы:

• Солнце
• Планеты типа Земля со спутниками (соразмерные с Землей): Меркурий, Венера, Земля, Марс
• Планеты-гиганты со спутниками (в несколько раз превосходящие размер Земли)
• Межпланетная среда
• Кометы и астероиды Солнечной системы

 

Солнце

Солнце - звезда Солнечной системы и её главный компонент. Его масса (332 900 масс Земли) достаточно велика для поддержания термоядерной реакции в его недрах, при которой высвобождается большое количество энергии, излучаемой в пространство в основном в виде электромагнитного излучения, максимум которого приходится на диапазон длин волн 400—700 нм, соответствующий видимому свету.

По звёздной классификации Солнце - типичный жёлтый карлик класса G2. Это название может ввести в заблуждение, так как по сравнению с большинством звёзд в нашей Галактике Солнце - довольно большая и яркая звезда. Класс звезды определяется её положением на диаграмме Герцшпрунга - Рассела, которая показывает зависимость между яркостью звёзд и температурой их поверхности. Обычно более горячие звёзды являются более яркими. Бо́льшая часть звёзд находится на так называемой главной последовательности этой диаграммы, Солнце расположено примерно в середине этой последовательности. Более яркие и горячие, чем Солнце, звёзды сравнительно редки, а более тусклые и холодные звёзды (красные карлики) встречаются часто, составляя 85 % звёзд в Галактике.