Лекции по "Концепция современного естествознания"

Начиная с 50–х годов ХХ столетия, на первый план выдвигается направление, связанное с поиском радиосигналов. Поскольку радиотелескопы уже в 50–х г.г. были способны фиксировать сигналы, посланные с межзвездных расстояний, то впервые в истории науки открылась возможность поставить поиск сигналов внеземных цивилизаций на опытную научную основу. Первые работы по поиску радиосигналов были выполнены в 1960 году в США Ф. Дрейком, а затем В.С. Троицким в СССР. В 60–х годах ХХ столетия работы по поиску внеземных цивилизаций приобретают характер международных программ получивших название SETI и CETI. Это аббревиатура английских слов, где первая означает поиск внеземных цивилизаций, а вторая – связь с ВЦ. Можно сказать, что с выдвижением этих международных программ проблема существования и поиска жизни во Вселенной стала научной дисциплиной, включающей как теоретические, так и экспериментальные исследования. К середине 80–х годов в СССР, США и некоторых других странах было выполнено несколько десятков программ экспериментальных поисковых работ по обнаружению сигналов разных диапазонных частот электромагнитных волн. Как отмечал В.С. Троицкий, в настоящее время вся совокупность наук позволяет сделать «неопровержимый вывод о возможности и большой вероятности существования жизни, в том числе разумной, в подходящих для этого местах Вселенной, в частности в нашей Галактике». Физика и астрономия установили факт тождественности физических законов во всей видимой части Вселенной. Астрономия показала, что Солнце и наша Галактика (Млечный Путь) по различным параметрам являются «средними», рядовыми объектами Вселенной среди множества себе подобных. Этот вывод получен современными учеными, но его логика эквивалентна рассуждениям античных мыслителей, поэтому, у нас нет оснований пренебрегать взглядами древних мыслителей.

К тому же, для того чтобы возникла жизнь, необходимы определенные атомы. Все живое состоит в основном из водорода, кислорода, азота, углерода и незначительного количества более тяжелых элементов от фосфора и кальция до железа. Эти элементы, как сейчас установлено, возникли в недрах звезд первого поколения. По завершении эволюции звезды следовал ее взрыв, при этом ее оболочка срывалась и разбрасывалась в окружающее пространство. Из этого звездного пепла затем образовывались звезды второго поколения вместе с их планетами, которые содержали необходимые химические элементы и многие низкомолекулярные соединения.

Сложные органические молекулы на образовавшихся планетах могли возникнуть в ходе последующего теплового процесса. Суть этого процесса – в разогреве недр планеты вследствие радиоактивного распада урана, тория и калия –40 и в выносе на поверхность планеты расплавленных масс. Взаимодействие с водой низкомолекулярных полимеров могло привести к образованию сложных органических соединений, послуживших основой для эволюции открытых каталитических систем с последующим образованием простейших живых организмов.

В последние десятилетия астрономы обнаружили в туманностях до 50 различных, в том числе органических соединений. Были обнаружены соединения, являющиеся основой белков живых организмов. Ученые полагают, что в этих туманностях идет интенсивное звездообразование и, возможно, образуются планеты, содержащие низкомолекулярные соединения, которые не обязательно должны разрушиться в ходе конденсации планет.

Космология достаточно надежно установила пути эволюционного синтеза вещества во Вселенной отнуклеосинтеза тяжелых атомов до образования низкомолекулярных и высокомолекулярных органических соединений. Но с астрофизической точки зрения все еще не ясен переход от неживых органических соединений к живым, способных воспроизводиться по определенному генетическому коду. Хотя отдельные отрезки эволюционного пути материи Вселенной еще не ясны, общая цепь прогрессивной эволюции прояснилась и по современным представлениям выглядит следующим образом:

1.  Атомные ядра.

2.  Атомы.

3.  Низкомолекулярные соединения

4.  Высокомолекулярные соединения

5.  Надмолекулярные соединения (начало жизни).

6.  Прокариоты (организмы с неоформленным ядром).

7.  Эукариотические формы (организмы, имеющие полноценное ядро).

8.  Одноклеточные организмы.

9.  Колониальные формы существования одноклеточных.

10.Многоклеточные организмы.

В.С. Троицкий суммировал научные данные, свидетельствующие об эволюции вещества во Вселенной, что, по всей видимости, открывает возможность существования внеземных цивилизаций:

ü Тождественность материи, физических и химических законов во Вселенной.

ü Ординарность Солнца и Галактики. Большое число солнцеподобных звезд в Галактике и подобных галактик во Вселенной.

ü Обилие двойных звезд, косвенные изменения которых указывают на возможность существования внесолнечных планет.

ü Обилие низкомолекулярных соединений, обнаруженных в Галактике и других галактиках.

ü Открытие химической эволюции Вселенной.

ü Существование биологической эволюции на планете Земля, эволюционное возникновение нашей цивилизации.

В.С. Троицкий не приемлет вывода об уникальности человеческой цивилизации. Он сформулировал гипотезу одноразового взрывного происхождения жизни во Вселенной в определенной фазе ее эволюции на подходящих планетах: жизнь – это высшая форма организации материи, и скорее всего она возникла однократно как закономерный этап эволюции Вселенной на сложившихся к тому времени планетах, и позднее она спонтанно не возникала. Из сказанного следует, что жизнь возникла примерно 4 млрд. лет назад. Это значит, что во Вселенной нет слишком большой разницы между технологическими цивилизациями. Может даже оказаться, что земная цивилизация первой вышла на технологический уровень, и мы временно одиноки.

В.Ф. Шварцман также не приемлет вывода об уникальности земной жизни. Он высказал мнение, согласно которому сигналы внеземных цивилизаций, возможно, нами уже принимаются, но «мощность» культурной традиции, в рамках которой они интерпретируются, пока не достаточна для того, чтобы осознать их искусственную природу. Наука, отмечает автор, наиболее развитая, но не единственная форма человеческого знания. Осознание, каких-либо космических сигналов как целенаправленных передач возможно лишь при использовании всей человеческой культуры, а не только науки.

Несмотря на масштабность поисков внеземных цивилизаций, эти работы пока не принесли успешных результатов. Еще в конце 70-х– начале 80-х г.г. ученые разных стран вынуждены были констатировать, что «космос молчит». Так в настоящее время резюмируется отсутствие фактических свидетельств существования ВЦ, – свидетельств, находящихся выше порога наблюдательных возможностей, достигнутых земной цивилизацией. Многие авторы полагают, что вывод о молчании космоса может быть истолкован различными способами:

ü Во–первых, либо неверны наши теоретические предположения о внеземных цивилизациях и их возможностях;

ü Во–вторых, либо недостаточны наблюдательные данные;

ü В–третьих, не верна теория и внеземных цивилизаций нет вообще, а земля уникальна и цивилизация единственная на ней во всей Галактике.

Таким образом, «молчание космоса» не снимает проблемы существования и поиска жизни во Вселенной. Проделанное переосмысление теоретических посылок и методических приемов подготовило фундамент для дальнейшего продвижения исследований на качественно новом теоретическом и эмпирическом уровне.

ЛЕКЦИЯ 8.СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА: ПРОИСХОЖДЕНИЕ И СТРОЕНИЕ. ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ. 

 

Солнечная система представляет собой группу небесных тел, объединенных в единую систему благодаря гравитационному взаимодействию с центральным телом – Солнцем. Людей всегда интересовало строение Солнечной системы, на протяжении всей истории человечества гипотез, объясняющих образование Солнечной системы, было превеликое множество. Основные гипотезы представлены в таблице 2. 

 

Таблица 2. Гипотезы об образовании Солнечной системы 

 

Автор	Год	Основная идея гипотезы
Р. Декарт	1644	Вихревое движение — единственная устойчивая форма движения, из первичных и вторичных вихрей образовались Солнце и планеты со спутниками
Ж.Л.Л. Бюффон	1745	Гигантская комета столкнулась с Солнцем и вырвала из него вещество, из которого образовались планеты
И. Кант	1755	Конденсировалось вращающееся облако межзвездного газа
П.С. Лаплас	1796	Развитие предыдущей гипотезы: Солнце и вся Солнечная система образовались из сжимающейся газовой туманности. Часть газового вещества отделилась от центрального сгустка под действием центробежной силы (в результате ускорения вращения в ходе сжатия) и послужила материалом для образования планет
А. Бикертон	1878	Солнце прошло близко от звезды, и из него вырвалось вещество
Т.К. Лемберлин	1901	Солнце прошло близко от звезды, и вещество выплеснулось из приливной волны
О. Биркеланд	1912	В магнитном поле Солнца из ионов, выброшенных Солнцем, образовались газовые кольца
С.А. Аррениус	1913	Солнце столкнулось со звездой, после столкновения звезда распалась и остались Солнце и длинный газовый хвост, из которого образовались планеты
Х. Джеффрис	1916	Звезда задела Солнце и образовался длинный хвост
Дж.Х. Джинс	1917	Звезда прошла близко от Солнца, вещество вырвалось из приливной волны и образовало длинные хвосты
Х.П. Берлаге	1930	Из частиц, выброшенных Солнцем, образовался газовый диск
Г.Н. Рессел	1935	Солнце было двойной звездой, второй компонент был разрушен третьей звездой
Дж. Литлтон	1936	Солнце было тройной звездой, система неустойчивой, два компонента отделились и оставили часть своего вещества
Х.О. Альфвен	1942	Солнце встретилось с газовым облаком, атомы газа ионизировались и начали двигаться в магнитном поле
О.Ю. Шмидт	1943	Солнце встретилось с газово-пылевым облаком и захватило его, в результате соударений частиц образовались планеты
К. Вейцзеккер	1944	Из вихрей во внешних слоях сжимающегося протосолнца образовались планеты и их спутники
Ф. Хойл	1944	Солнце было двойной звездой, второй компонент которой вспыхнул сверхновой звездой, выбросил газовое облако и покинул систему
Ф.Л. Уиппл	1947	Протосолнце захватило газовое облако, у которого был достаточно большой момент количества движения
Д. Тер Хар	1948	Планеты образовались в турбулентных внешних слоях протосолнца
Дж.П. Койпер	1949	Планеты образовались в газовом облаке, окружавшем протосолнце, в результате гравитационных возмущений

 

 

Вещество первичного газово-пылевого облака, идея о котором встречается практичски во всех гипотезах образования Солнечной системы, можно разделить на три группы:

·     породы – силикаты, окислы металлов, кремний, железо, никель, (температуры плавления порядка нескольких тысяч градусов);

·     жидкости и льды – соединения углерода, водорода, азота и кислорода (температуры кипения порядка сотен градусов);

·     собственно газы (H2, He, Ne, Ar) в газообразном, жидком и твердом состоянии.

Солнце представляет собой плазменный шар. Солнце вместе с Землей и всей Солнечной системой движется в мировом пространстве в направлении к созвездию Лиры со скоростью 20 км/с. Вблизи Солнца расположены каменистые вещества, далее появляются льды, еще дальше – замерзшие метан и аммиак. Планеты – небесные тела, обращающиеся вокруг звезды (Солнца). В отличие от звезд не излучают света, а светят отраженным солнечным светом.Кроме Солнца, в состав Солнечной системы входят:

-     восемь планет:

1) земная группа планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс)

2) юпитерная группа планет (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун)

-     спутники планет

-     астероиды – малые планеты

-     кометы – небесные тела с малой массой, движущиеся вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам. В комете выделяют твердое ядро (глыба льда с мельчайшими металлическими частицами), его разреженное окружение и хвост, состоящий из газов и пыли.

-     метеориты – небесные тела, имеющие размеры 5...10 км.

Различают четыре внутренние планеты (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и четыре внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).

Для внутренних планет характерны радиоактивные процессы, протекающие в недрах. Это приводит к плавлению вещества ядра (как правило, железа). Газы, выделяющиеся в процессе эволюции планеты, могут быть удержаны ею лишь в случае, если масса планеты достаточно велика. Так, Меркурий полностью, а Марс в большой степени не удержали свои атмосферы.

Внешние же планеты-гиганты обладают толстыми атмосферами (фактически даже состоят из бездонных атмосфер). За Нептуном находится - Плутон, видимо «сбежавшая» луна Нептуна.

Между внутренней и внешней группами планет находится пояс астероидов – обломков различного размера от метров до сотен километров в поперечнике. Часть ученых считает их остатками протопланетного вещества, другая часть – остатками разрушившейся планеты Фаэтон.

За пределами собственно планетной системы находится облако Оорта из многочисленных сгустков замерзшего газа и пыли. Выбитые гравитационными возмущениями из этого облака протопланетной материи сгустки превращаются в ядра комет, посещающих внутренний мир планетной системы. Кометыдвигаются по гораздо более вытянутым орбитам, чем планеты (а иногда и по параболам и гиперболам – такие, один раз посетив Солнце, оказываются выброшенными из системы гравитационными возмущениями.). Эти орбиты часто расположены не в плоскости орбит всех остальных планет. Лед кометного ядра испаряется с поверхности при попадании в зону действия солнечного излучения, в результате чего комета приобретает хвост из ионизированного газа, направленный от Солнца. Из рассеивающейся с ядра пыли образуется пылевой хвост кометы. Ядра комет представляют опасность в случае столкновения с планетами. Распавшиеся, израсходовавшие газовую составляющую кометы, превращаются в метеорные потоки, украшающие ночное небо «звездным дождем».

Планета Земля.

Науки, изучающие нашу планету (геология, тектоника, климатология, гидрология и т.д.), объединяются в раздел естествознания, называемый землеведением.

Диаметр Земли составляет примерно 12742 км. Нельзя сказать, что Земля – идеальный шар. Она сплюснута с полюсов (причем с юга сильнее) и не вполне шарообразна, эту фигуру называют геоидом. Подсчет колец роста на ископаемых кораллах показывает, что около 400 млн. лет назад в палеозойской эре в году было 400 суток, то есть сутки длились 22 часа. Это говорит о том, что Земля вращалась быстрее, а значит, возможно, ее радиус был меньше, ибо момент количества движения сохраняется. Правда изменению скорости вращения есть и иное объяснение: тормозящее влияние Луны, вызывающей приливную волну не только в океане, но и в твердых телах.

Планета наша представляет собой несколько вложенных друг в друга и при этом взаимопроникающих сфер – атмосферу, магнитосферу, гидросферу, криосферу, биосферу, литосферу, мантию, ядро. Часть из этих геосфер образует географическую оболочку.

Географическая оболочка Земли – это природный комплекс, возникающий в слое взаимодействия и взаимопроникновения литосферы, гидросферы и атмосферы и сформировавшийся под воздействием солнечной энергии и органической жизни, в пределах которого возникло и развивается человечество.

Строение твердой части планеты:

В центре находится ядро, состоящее из железа и радиоактивных элементов. Несмотря на температуру в +42000С, ввиду огромного давления сердцевина с радиусом 1300 км твердая. Его обволакивает жидкий слой толщиной 2200 км. Движение токопроводящего материала в жидком слое ядра создает магнитное поле Земли - магнитосферу. Между ядром и земной корой находится мантия - обогащенные железом породы. В этом слое давление высокое, но температура недостаточно высока для того, чтобы вещество расплавилось, поэтому мантия – чрезвычайно вязкая и пластичная, это не жидкость, а скорее – «каменное желе», «пластилин», способные двигаться. Мантия покрыта тонкой твердой земной корой (литосферой). Под океанами кора имеет толщину всего несколько километров, под континентами - около 30-40 км, под горными массивами - до 70-80 км. Недра Земли пока столь же недоступны для прямого изучения, как далекие звезды и галактики. Сверхглубокая скважина, бурение которой продолжается и сейчас на Кольском полуострове, преодолела лишь двенадцатикилометровый рубеж глубины. Мантия имеет плотность 3,3 г/см3, континентальная кора 2,77 г/см3, океаническая кора 2,9 г/см3.

Породы ничтожно тонкой по сравнению с размерами планеты земной коры делятся на три класса, имеющие различное происхождение:

·     магматические или кристаллические породы появились на поверхности в результате застывания расплавленной магмы в глубине Земли и при излиянии на поверхность (гранит, базальт, габбро, туф, липарит и др.);