МИНИСТЕРСТВО  ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУ ВПО

УФИМСКИЙ  ЮРИДИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра административно-правовых дисциплин  

Реферат

по дисциплине: «Концепции современного естествознания» 

ВОЗНИКНОВЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ  И ПЛАНЕТЫ ЗЕМЛЯ  
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: слушатель 

Проверил:  
 
 
 
 
 
 
 

УФА – 2010

Оглавление 

Введение

     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.

     Если спросить любого человека, какое из небесных светил имеет наибольшее значение для нас на Земле, то, наверно, услышим, что Солнце. Не будь Солнца, не было бы на Земле зеленых лугов, тенистых лесов и рек, цветущих садов, хлебных полей, не могли бы существовать ни человек, ни животные, ни растения. Солнце и совокупность космических тел, обращающихся вокруг него, образуют Солнечную систему.

     Тщательные  научные исследования дали обширную информацию о движении этих тел в  пространстве, что позволяет составить  достаточно точный план строения Солнечной системы.

     Парадокс  современной астрономии состоит  в удивительно низком уровне знаний о Солнечной системе. Астрономия в рамках известных физических законов способна построить близкие к реальности модели рождения, жизни и смерти небесных объектов, размеры, массы, энергетическая отдача и удаленность которых громадны по сравнению с реалиями повседневного опыта. И в то же время нет надежной модели происхождения и формирования планет и спутников Солнечной системы, неизвестно, как образуются и откуда появляются кометы, неясно, содержат ли астероиды первичное вещество или являются осколками однажды уже сформировавшихся планетных тел и т. д.

     В контрольной работе рассмотрено происхождение Солнечной системы: дано её понятие, изучены основные космогонические теории и рассмотрены современные представления о происхождении Солнечной системы и планеты Земля.

1. Эволюция происхождения Солнечной системы

     Раньше считалось, что все планеты сформировались приблизительно на тех орбитах, где  находятся сейчас, однако в конце 20 — начале 21 века эта точка зрения радикально изменилась. Сейчас считается, что на заре своего существования Солнечная система выглядела совсем не так, как она выглядит сейчас. По современным представлениям, внешняя Солнечная Система была гораздо компактнее по размеру чем сейчас, Пояс Койпера был гораздо ближе к Солнцу, а во внутренней Солнечной системе помимо доживших до настоящего времени небесных тел существовали и другие объекты, по размеру не меньшие чем Меркурий.

     Сделаем краткий набросок современной теории событий, происходивших на заре истории Солнечной системы.

     Облако  межзвездного газа и/или пыли ("солнечная  туманность") было возмущено и  сколлапсировало под действием  собственной гравитации. Возмущение могло быть вызвано, например, ударной  волной от близкого взрыва сверхновой. При коллапсе в центре облака поднялись температура и давление. Этой температуры хватило для испарения пыли. Начальная стадия коллапса заняла менее 100000 лет.

Рисунок 2. Круговорот газа и пыли в галактике 

     Центральная часть облака сжимается достаточно сильно для того, чтобы стать протозвездой, а остальная часть газа вращается (течет) вокруг нее. Большая часть этого газа движется внутрь и добавляется к массе формирующейся звезды, но на вращающийся газ действует центробежная сила, которая частично предотвращает падение его на протозвезду. Вместо этого вокруг звезды формируется "аккреционный диск". Диск излучает свою энергию и охлаждается.

     Первая  критическая точка. В зависимости от деталей процесса газ, вращающийся вокруг звезды (протозвезды) может стать неустойчивым и начать сжиматься под действием собственной гравитации. Так образуется двойная звезда. Если же не так, то ... Газ остывает пока температура не становится достаточно низкой для конденсации крошечных частичек металлов, силикатов и (достаточно далеко от формирующейся звезды) льда (т.е. некоторая часть газа превращается обратно в пыль). Металлы конденсируются практически сразу после образования аккреционного диска (4.55-4.56 миллиардов лет назад, как показал изотопный анализ некоторых метеоритов); силикаты образовались несколько позднее (между 4.4 и 4.55 миллиардами лет назад).

     Пылинки сталкиваются друг с другом и слипаются  в более крупные частицы. Этот процесс продолжается, пока частицы  не достигают размеров больших камней или маленьких астероидов.

Рисунок 3. Приблизительно так выглядел один из этапов возникновения планетной системы из газопылевого облака (по общепринятым представлениям) (расчётно-графическая визуализация)

     Ускоряющийся  рост: когда самые частицы достигают  таких размеров (и массы), что у  них начинает появляться собственное  гравитационное притяжение, то их рост ускоряется. Их гравитация (даже если она  очень маленькая) позволяет им притягивать другие мелкие частицы, эти крупные частицы увеличиваются, они начинают притягивать еще больше маленьких частиц и, очень скоро, большие объекты собирают все твердое вещество вблизи своей орбиты. Насколько большими они станут, зависит от расстояния до звезды, от плотности и химического состава протопланетной туманности. Теории говорят, что во внутренней части Солнечной системы мог образоваться большой астероид размером с Луну, и размером в одну пятнадцатую часть Земли в ее внешних частях. Должен был существовать большой скачок в размерах таких тел где-то между нынешними орбитами Марса и Юпитера: энергии Солнца хватало на испарение льда на более близких расстояниях, за критической линией конденсирующегося вещества было больше и из него образовывались более крупные тела. Такие первые сконденсировавшиеся тела называют "планетозималями". Процесс из образования должен был занимать от нескольких сотен тысяч лет до примерно 20 двадцати миллионов (дольше всего они образовывались в дальних частях Солнечной системы).

     Вторая  критическая точка. Насколько велики эти протопланеты и как быстро они формируются? К этому времени, приблизительно через миллион лет  после того как остыла туманность, от звезды должен был начать дуть сильный звездный ветер, который вымел бы весь газ, оставшийся в протопланетной туманности. Если протопланета уже была достаточно большой, то ее гравитация успела притянуть газ из туманности и образовался бы газовый гигант. Маленькие же протопланеты должны были остаться каменными или ледяным телами.

     В этой точке своей эволюции Солнечная  система состояла только из твердых  протопланетных тел и газовых  гигантов. "Планетозимали" иногда сталкивались бы друг с другом и  становились постепенно более массивными.

     Как только масса пропланеты достигает 1–2 масс Земли, она способна захватывать  атмосферу. Протоюпитер буквально  за сотню лет увеличил свою массу  за счет захвата газов в десятки  раз. Затем скорость аккреции падает, т.к. весь газ непосредственно на пути планеты уже вобран, а снаружи он поступает достаточно медленно (за счет диффузии).

     В нашей Солнечной системе на периферии  образовались планеты-гиганты, способные  удержать возле себя газовые оболочки. Сначала сформировались ядра планет-гигантов, а затем планеты «нарастили» себе оболочку из водорода и гелия. Двухступенчатая модель образования гигантов подтверждается фактами. Массы ядер планет-гигантов примерно одинаковы и равны 15–20 М. Количество водорода уменьшается с увеличением расстояния. Чем больше масса планеты, тем быстрее идет аккреция газа на нее.

     По  современным расчетам, рост Юпитера  продолжался десятки миллионов  лет, а рост Сатурна – сотни  миллионов. У планет-гигантов возникли собственные минидиски из газа и  пыли, из которых затем сформировались кольца и многочисленные спутники. При формировании Юпитера именно в районе его орбиты проходила граница конденсации водяных паров. По современным расчетам, на более близких расстояниях, в поясе астероидов, летучие вещества находились в газообразном состоянии. Это привело к тому, что рост допланетных тел в районе будущего Юпитера ускорился, а в районе пояса астероидов замедлился. Именно поэтому массивный Юпитер обогнал по скорости роста протопланету, более близкую к Солнцу. Но после своего «рождения» Юпитер стал тормозить образование этой планеты в поясе астероидов. Разогнанные тяготением планет-гигантов сгустки вещества выбрасывались на окраину Солнечной системы, где становились кометами. Гравитационные возмущения со стороны Юпитера и сейчас сильно воздействуют на астероиды.

     Уран  и Нептун росли еще медленнее. К тому времени газа в Солнечной  системе из-за действия солнечного ветра осталось еще меньше, поэтому  Уран и Нептун содержат меньше водорода в процентном содержании, чем Юпитер. Основными составляющими этих планет-гигантов являются вода, метан и аммиак.

     В центре Солнечной системы сформировались менее массивные планеты. Здесь  солнечный ветер выдул мелкие частицы и газ. А вот более  тяжелые частицы, наоборот, стремились к центру.

     Рост  Земли продолжался сотни миллионов  лет. Ее недра прогрелись до 1000-2000 К благодаря гравитационному сжатию и участвовавшим в аккумуляции крупным телам (до сотен километров в поперечнике). Падение таких тел сопровождалось образованием кратеров с очагами повышенной температуры под ними. Другой и основной источник тепла Земли – распад радиоактивных элементов, в основном, урана, тория и калия.

     В настоящее время температура  в центре Земли достигает 5000 К, что  гораздо выше, чем в конце аккумуляции. Солнечные приливы затормозили вращение близких к Солнцу планет – Меркурия и Венеры. С появлением радиологических методов был точно определен возраст Земли, Луны и Солнечной системы – около 4,6 млрд. лет.

     В конце эпохи формирования планет внутренняя Солнечная система была населена 50-100 протопланетами с размерами, вырьирующимися от лунного до марсианского. Дальнейший рост размеров небесных тел был обусловлен столкновениями и слияниями этих протопланет между собой. Так, например, в результате одного из столкновений Меркурий лишился большей части своей мантии, в то время как в результате другого был рожден спутник Земли Луна. Эта фаза столкновений продолжалась около 100 миллионов лет до тех пор, пока на орбитах не осталось 4 массивных небесных тела известных сейчас.

     Одной из нерешенных проблем данной модели является тот факт, что она не может объяснить, как начальные орбиты протопланетных объектов, которые должны были обладать высоким эксцентриситетом, чтобы сталкиваться между собой, смогли в результате породить стабильные и близкие к круговым орбиты оставшихся четырех планет. По одной из гипотез, эти планеты были сформированы в то время, когда межпланетное пространство ещё содержало значительное количество газо-пылевого материала, который за счёт трения снизил энергию планет и сделал их орбиты более гладкими. Однако этот же самый газ должен был предотвратить возникновение большой вытянутости в первоначальных орбитах протопланет. Другая гипотеза предполагает, что коррекция орбит внутренних планет произошла не за счет взаимодействия с газом, а за счет взаимодействия с оставшимися более мелкими телами системы. По мере прохождения крупных тел сквозь облако мелких объектов последние из-за гравитационного влияния стягивались в регионы с более высокой плотностью, и создавали таким образом «гравитационные гребни» на пути прохождения крупных планет. Увеличивающееся гравитационное влияние этих «гребней», согласно этой гипотезе, заставляло планеты замедляться и выходить на более округлую орбиту.