Автор работы: Пользователь скрыл имя, 05 Ноября 2009 в 19:49, Не определен
Учебное пособие
Поиски черных дыр – важнейшая проблема современной астрономии. Наиболее вероятное их обнаружение в двойных звездных системах: «черная дыра – красный гигант». При этом вещество звезды – гиганта перетекает к черной дыре (аккреция), что приводит к разогреву вещества (до десятков миллионов градусов) и появлению рентгеновского теплового излучения, которое может быть зарегистрировано на Земле.
Предполагается также, что в активных ядрах галактик и в квазарах (см. стр.44) могут находится сверхмассивные черные дыры (М ~ (106 108)·МСолнца). Наблюдаемая активность этих объектов возможно обусловлена аккрецией на черную дыру окружающего газа.
Белые карлики
Белые карлики – компактные звезды с массами порядка массы Солнца и радиусами R 0,01RСолнца. Равновесие их поддерживается при средней плотности вещества ~ 102 – 104 кг/м3 давлением электронного вырожденного газа. Для физики белые карлики интересны, прежде всего, как объекты применения теории сверхплотной плазмы.
Белыми
карликами становятся звезды в конце
своей эволюции (после исчерпания
запасов термоядерного
Белые карлики существуют благодаря устойчивому равновесию сил гравитации и внутреннего давления вырожденного электронного газа.
Нейтронные звезды
Нейтронные звезды – гидростатически равновесные звезды, состоящие из нейтронов с малой примесью электронов, сверхтяжелых атомных ядер и протонов, с плотностью вещества порядка плотности атомных ядер. Их возникновение связано с нейтронизацией вещества в условиях высокой плотности ~ 1011 кг/м3. Гидростатическое равновесие в нейтронных звездах обеспечивается давлением вырожденного нейтронного газа или упругостью нейтронного кристалла и жидкости. Они были открыты в 1967 году в виде пульсаров. Нейтронные звезды могут проявлять себя еще как открытые в 1975 году барстеры – импульсные источники гамма- и рентгеновского излучений.
Согласно теории эволюции звезд, нейтронные звезды рождаются в результате гравитационного коллапса звезд массой М 1,2МСолнца, в результате которого возникает горячая нейтронная звезда с температурой в центре ~ 1011К, которая за время (10 100)с охлаждается до 109К за счет излучения нейтрино.
Пульсары
Пульсар – космический источник импульсного электромагнитного излучения. Периоды повторения импульсов лежат в пределах от нескольких сотых долей секунды до секунд. Большинство пульсаров излучает в радиодиапазоне от метровых до сантиметровых волн, однако существуют также оптические, рентгеновские и гамма-пульсары.
Согласно современным представлениям, радио-пульсары – это нейтронные звезды, которые при массе примерно равной массе Солнца имеют диаметры около 20 км. Энергия их излучения черпается из энергии вращения звезды. Источник излучения рентгеновских и гамма-пульсаров – гравитационная энергия, выделяющаяся при аккреции на нейтронную звезду или черную дыру вещества, перетекающего от соседней нормальной звезды.
Большинство пульсаров находятся от Земли на расстояниях 200 7000 световых лет, что относит их к внутригалактическим источникам излучения.
Квазары
Квазары – квазизвездные мощные внегалактические источники электромагнитного излучения, представляющие собой активные ядра далеких галактик. Открыты в 1960 году. Квазары находятся от Земли на расстоянии свыше 200 Мпк, а некоторые из них удалены более чем на 5000 Мпк. Они излучают в радио-, оптическом и рентгеновском диапазонах. Мощность излучения типичного квазара достигает 1040 Вт, т.е. 103 – 104 раз превышает мощность излучения всех звезд крупной галактики и почти в 1020 раз больше мощности излучения Солнца. Размеры квазаров меньше м, т.е. сравнимы с расстоянием от Земли до Солнца. Исследование пространственного распределения квазаров и различий в их свойствах может пролить свет на ранние стадии эволюции Вселенной.
11.3. Концепции эволюции Солнечной системы
Солнце – это рядовая желтая звезда среднего возраста (примерно 5 млрд. лет), прошедшая около половины срока активного существования. Оно расположено в переферийной части Млечного Пути, на расстоянии ~ 2/3 от «густонаселенного» галактического центра. В состав Солнечной системы входят 9 планет и огромное количество астероидов, комет, метеорных тел, космической пыли, межпланетного газа.
Среди планет Солнечной системы выделяют две основные группы: планеты земного типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс) со средней плотностью вещества ~ 5·103 кг/м3 и планеты – гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун), у которых средняя плотность ~ 1,4·10-3 кг/м3. Последняя из планет – Плутон стоит особняком: он имеет очень вытянутую эллиптическую орбиту и аномально большой наклон плоскости этой орбиты относительно других планет. Создается впечатление, что Плутон является совершенно чужеродным объектом, захваченным когда-то в просторах космоса гравитационным полем Солнца.
Само Солнце представляет собой центр массы Солнечной системы, имея в своем составе 99,85% всего входящего в нее вещества. Принимая среднюю удаленность нашей планеты от центра Солнца, равную 1,496·1011 м, за астрономическую единицу длины (а.е.д.), Боде и Тициус установили следующую закономерность в расположении наших планет:
Rn = 0,3·2(n-2) + 0,4, где Rn – средний радиус орбит, n – номер планеты, считая от Солнца.
Важным свидетельством единства процесса образования большинства планет Солнечной системы является их однонаправленное движение практически в одной плоскости по почти круговым орбитам вокруг Солнца, медленно вращающегося в том же направлении.
Общепризнано, что планеты Солнечной системы образовались из плоского газово-пылевого облака, окружавшего центральную звезду. По ориентировочным оценкам, аккумуляция вещества при образовании Земли длилась около 60 млн. лет, образование планет внешней группы происходило, по-видимому, значительно дольше.
По
современным представлениям малые
тела нашей системы, к числу которых
относятся астероиды и кометы,
являются неприсоединившимися к
планетам древнейшими остатками
промежуточной аккумуляции
12. Планета Земля и современные представления о литосфере
-12.1. Внутреннее строение и история геологического развития Земли
Земля представляет собой близкое к шарообразной форме тело диаметром около 12700км и массой кг. Возраст Земли 4,6-4,7 млрд. лет. Рассматривая Землю, как бы в разрезе, можно убедиться в существенной неоднородности ее внутренней структуры. Несмотря на то, что наиболее глубокие из пробуренных скважин не превышают 8 км, полученные данные позволяют утверждать, что по своему строению наша планета делится на следующие основные концентрические зоны:
Верхний слой планеты или литосфера, образующий земную кору, составляет 1% от массы Земли. По химическому составу наибольшая доля приходится на кислород (47,2%), кремний (27,6%), алюминий (8,8%), и железо (5,3%). Под материками и океанами литосфера неодинакова. Материковая зона состоит из трех слоев: верхнего - осадочного (до 10 км), среднего - гранитного (до 15 км) и нижнего - базальтового (до 20 км). Осадочный слой содержит основные запасы угля, нефти, газа и других полезных ископаемых. Толщина океанографического слоя 5-15 км. Он состоит из рыхлых осадков, лежащих на тонком базальтовом основании.
Ниже базальтового слоя начинается мантия Земли, состоящая из верхней мантии толщиной 800 км, а также промежуточного слоя - астеносферы, обладающей повышенной текучестью и температурой 2900 . В литосферу кроме земной коры входит и часть верхней мантии до глубины 170 - 200 км. При образовании трещин в земной 'коре жидкая магма астеносферы изливается под давлением на поверхность Земли, вызывая мощные извержения вулканов.
Центральное ядро Земли составляет по массе 34%, т.е. почти 1/3 от массы всей планеты и состоит из внутреннего ядра, образованного железом, и внешнего ядра, представляющего собой силикаты, перешедшие под действием высокого давления в металлическое состояние.
Из современных взглядов на происхождение Земли наиболее распространена теория Шмидта об образовании Земли из холодного газопылевого облака. Взрыв новой звезды около этого места привел облако во вращательное движение вокруг центра. В центре было больше вещества и образовалось Солнце. Частицы этого облака, вращаясь вокруг Солнца под действием сил гравитации, сталкивались, сменялись, образуя сгустки, нараставшие как снежный ком, образуя планеты и их спутники. В недрах Земли происходили при высокой температуре реакции, побочными продуктами которых были газы и пары воды. Они выходили наружу через трещины в земной коре, которая в то время была тонкой. Когда температура понизилась пары воды сконденсировались и образовался первичный океан.
Большинство ученых считает, что сначала на нашей планете образовалась кора океанического типа. Под влиянием процессов, происходящих внутри Земли, на ее поверхности образовались складки, т.е. горные участки. Толщина коры увеличивалась, образовались выступы материков. Относительно дальнейшего развития материков и впадин океанов существует ряд гипотез. В последние годы создана теория строения коры, основанная на представлениях о литосферных плитах.
12.2. Теория литосферных плит
Согласно теории литосферных плит, земная кора вместе с частью верхней мантии не является монолитным панцирем планеты, а состоит из семи громадных плит толщиной от 6 до 100 км и десятков плит поменьше, между ними находятся разломы. Эти плиты очень медленно перемещаются со скоростью 1-6 см в год, как бы плавая на пластичной астеносфере. Согласно теории мобилизма, верхняя мантия находится в движении. В местах ее подъема она проплавляет земную кору, образуя разломы, через которые вытекают потоки магмы (силикатные расплавы и газы), в результате образуются срединные океанографические хребты на дне океана. В местах опускания - происходит столкновение литосферных плит:
- при столкновении двух одинаковых плит образуются складчатые горы, происходят землетрясения. Плиты земной коры сталкиваются и своими краями, цепляются друг за друга, пока одна из них не высвободится, происходит толчок, от которого земля содрогается или встряхивается. Это и есть землетрясение. В результате землетрясения произошедшего на дне индийского океана в конце 2004 г. образовались гигантские цунами, которые вызвали гибель большого числа людей и сильные разрушения.
- при
столкновении двух разных (континентальной
и океанографической) плит, образуются
складчатые горы и глубоководные желоба.
12.3. Географическая оболочка Земли
Географическая оболочка включает в себя верхние части литосферы, воды Мирового океана, в том числе озер, рек, ледников (гидросферу) и взаимодействующие с окружающей средой формы жизни (биосферу). Все элементы географической оболочки Земли активно взаимодействуют друг с другом. В настоящее время 2/3 земной поверхности занято Мировым океаном. Из всего количества воды на Земле, только 1% пресной. Все процессы в географической оболочке Земли происходят под действием солнечной энергии и в меньшей степени внутренних земных источников.