Земля и Солнце основной фактор жизни на Земле

     Еще одна обнаруженная сейсмическими методами граница (граница Гутенберга) — между мантией и внешним ядром — располагается на глубине 2775 км. На ней скорость продольных волн падает от 13,6 км/с (в мантии) до 8,1 км/с (в ядре), а скорость поперечных волн уменьшается от 7,3 км/с до нуля. Последнее означает, что внешнее ядро является жидким. По современным представлениям внешнее ядро состоит из серы (12%) и железа (88%). Наконец, на глубинах свыше 5120 км сейсмические методы обнаруживают наличие твердого внутреннего ядра, на долю которого приходится 1,7% массы Земли. Предположительно, это железо-никелевый сплав (80% Fe, 20% Ni).

     В числе многих химических элементов, входящих в состав Земли, имеются  и радиоактивные. Их распад, а также  гравитационная дифференциация (перемещение более плотных веществ в центральные, а менее плотных в периферические области планеты) приводят к выделению тепла. Температура в центральной части Земли порядка 5000 °С. Максимальная температура на поверхности приближается к 60 °С (в тропических пустынях Африки и Северной Америки), а минимальная составляет около -90 °С (в центральных районах Антарктиды). Давление монотонно возрастает с глубиной от 0 до 3,61 ГП. Тепло из недр Земли передается к ее поверхности благодаря теплопроводности и конвекции.

     Плотность в центре Земли около 12,5 г/см³.

     Луна, естественный спутник Земли, находится от нее на среднем расстоянии 384 400 км. Наклон орбиты к плоскости эклиптики 5° 8' 43", масса 7,35.10²² кг (1/81,3 массы Земли), средний радиус Луны 1738 км, ускорение силы тяжести на поверхности 1,62 м/с². Средняя плотность 3343 кг/м3, сидерический период обращения 27,3 сут, синодический период обращения 29,5 сут. Светит отраженным солнечным светом, визуальное сферическое альбедо 0,75. Поверхность Луны в основном гориста, покрыта многочисленными кратерами ударного (метеоритного) происхождения. Лунный грунт — реголит. Температура на поверхности Луны 100-400 К, магнитное поле Ј 4 гамм. Первый человек ступил на поверхность Луны 21 июля 1969 (Н. Армстронг, США). 

      2. Солнце – ближайшая к нам звезда основной фактор существования жизни на Земле

     Солнце. Физические характеристики Солнца. Строение Солнца.

     СОЛНЦЕ, центральное тело нашей планетной системы возникло около 4,7 млрд. лет тому назад вместе с другими планетами, типичная звезда-карлик спектрального класса G2; масса М~2.10³ кг, радиус R=696 т. км.

     Средняя плотность солнечного вещества 1400 кг/м3. Однако, это среднее число, и плотность  в наружных слоях несоизмеримо меньше, а в центре в 100 раз больше.

     Светимость L=3,86.1023кВт, эффективная температура поверхности (фотосферы)ок. 6000К.

     Период  вращения (синодический) изменяется от 27 сут на экваторе до 32 сут у полюсов, ускорение свободного падения 274 м/с².

     Солнце  – ближайшая к Земле звезда, у которой в отличие от всех других звёзд мы можем наблюдать диск и при помощи телескопа изучать на нём мелкие детали. Среднее расстояние от Земли (астрономическая единица или а. е.) 149. 6 млн. км.

     Солнце  – типичная звезда, а потому его  изучение помогает понять природу звёзд  вообще.

     Масса Солнца в 333 тыс. раз больше массы Земли, мощность полного излучения Солнца составляет 4 * 1023 кВт,

     Как и все звёзды, Солнце – раскалённый  газовый шар. В основном оно состоит  из водорода с примесью 10% (по числу  атомов) гелия, 1-2% массы Солнца приходится на другие более тяжёлые элементы.

     Согласно  современным представлениям, Солнце принадлежит  к звёздам так  называемой главной  последовательности, т. е. к близким  по химическому составу  звёздам, в недрах которых протекают  термоядерные реакции превращения водорода в гелий.

     Химический  состав, определенный из анализа солнечного спектра: водород — ок. 90%, гелий  — 10%, остальные элементы — менее 0,1% (по числу атомов). Источник солнечной  энергии — ядерные превращения  водорода в гелий в центральной  области Солнца, где температура 15 млн. К. Энергия из недр переносится излучением, а затем во внешнем слое толщиной ок. 0,2 R — конвекцией. С конвективным движением плазмы связано существование фотосферной грануляции, солнечных пятен, спикул и т. д. Интенсивность плазменных процессов на Солнце периодически изменяется. Солнечная атмосфера (хромосфера и солнечная корона) очень динамична, в ней наблюдаются вспышки, протуберанцы, происходит постоянное истечение вещества короны в межпланетное пространство (солнечный ветер). Земля, находящаяся на расстоянии 149 млн. км от Солнца, получает ок. 2.1017Вт солнечной лучистой энергии. Солнце — основной источник энергии для всех процессов, совершающихся на земном шаре. Вся биосфера, жизнь существуют только за счет солнечной энергии. На многие земные процессы влияет корпускулярное излучение Солнца.

     В нашей Галактике насчитывается  несколько миллиардов жёлтых карликов, звёзд подобных нашему Солнцу, которые  тоже должны быть источниками излучения  типа солнечного ветра.

     Звёздный  ветер, как и солнечный, возникает в результате теплового расширения внешней оболочки звезды, когда сила внутреннего давления газа не уравновешивается гравитацией.

     Звёздный  ветер – это движущийся со сверхзвуковыми скоростями поток заряженных частиц.

     Не  последнюю роль в образовании звёздного ветра играет и вращение звезды вокруг собственной оси. Быстрое вращение звезды может приводить к образованию разного рода неустойчивостей, в следствии чего, наступает перестройка структуры звезды, а это в свою очередь сопровождается выбросом плазмы.

     Впервые вращение Солнца наблюдал Галилей по движению пятен по поверхности. Различные зоны Солнца вращаются вокруг оси с различными периодами. Так точки на экваторе имеют период около 25 суток, на широте 40° период вращения равен 27 суток, а вблизи полюсов – 30 суток. Это доказывает, что Солнце вращается не как твердое тело, скорость вращения точек на поверхности Солнца уменьшается от экватора к полюсам.

     Поверхность солнца (фотосфера) имеет гранулярную  структуру, т. е. состоит из «зёрнышек» размером в среднем около 1000 км. Грануляция является следствием движения газов, в зоне, расположенной под фотосферой. Временами в отдельных областях фотосферы тёмные промежутки между пятнами увеличиваются, и образуются большие тёмные пятна. Наблюдая солнечные пятна в телескоп, Галилей заметил, что они перемещаются по видимому диску Солнца. На этом основании он сделал вывод, что Солнце вращается вокруг своей оси, с периодом 25 сут. на экваторе и 30 сут. вблизи полюсов.

     На  сегодня известно существование двух типов ветров «срывающихся» с поверхности звёзд. К первому типу относится ветер, подобный солнечному. Он характеризуется малой потерей массы, но высокой, порядка 500 км/с, скоростью распространения плазмы в пространстве. Ветер второго типа в миллиард раз интенсивнее солнечного, хотя и перемещается в пространстве с относительно малыми скоростями (около 100 км/с).

     Солнце  и подобные ему звёзды выбрасывают  в пространство мягкое корпускулярное излучение.

     Наше  Солнце ежегодно «выбрасывает на ветер» около 10(в-14) своей массы.

     Общая структура: энерговыделяющее ядро (от центра до расстояния в четверть радиуса), область лучистой теплопроводности (от 1/4 до 2/3 радиуса) и конвективная зона (последняя треть радиуса). Физические условия в этих внутренних слоях Солнца определяются теоретическими расчетами и проверяются методами гелиосейсмологии и нейтринной астрономии. Выше конвективной зоны начинаются непосредственно наблюдаемые внешние слои солнечной атмосферы, состоящие (по числу атомов) в основном из водорода, 10% гелия, 1/1000 углерода, азота и кислорода и 1/10000 металлов вместе со всеми остальными химическими элементами. Атмосфера Солнца условно разделяется на три оболочки: почти нейтрального водорода и однократно ионизованных металлов (фотосфера, толщина 200-300 км), неоднородного слоя, в котором по мере продвижения вверх последовательно ионизуются водород, гелий и др. химические элементы (хромосфера, протяженность 10-20 тыс. км) и разреженной изотермической короны, в которой все атомы ионизованы вплоть до самых глубоких электронных оболочек. Солнечная корона постепенно переходит в динамическое образование постоянно расширяющегося потока ионизованных атомов (в основном протонов, альфа-частиц и свободных электронов), образующих солнечный ветер, простирающийся за орбиты Земли и Марса.

     На  Солнце вещество сильно ионизировано, т. е. атомы потеряли свои внешние электроны и вместе с ними стали свободными частицами ионизированного газа – плазмы.

     Пятна – непостоянные образования, чаще всего  появляются группами. Вокруг пятен иногда видны почти незаметные светлые образования, которые называют факелами. Главной особенностью пятен и факелов является присутствие магнитных полей с индукцией, достигающей 0,4-0,5 Тл.

     Всем  известно, что и животным, и растениям очень важен свет Солнца, в частности, это касается и людей. Некоторые люди просыпаются и бодрствуют только тогда, когда светит Солнце (это касается и большинства млекопитающих, земноводных и даже большинства рыб). Продолжительность солнечного дня оказывает значительное влияние на жизнедеятельность организмов на Земле. Зимой и осенью, когда Солнце в Северном полушарии стоит низко над горизонтом, и продолжительность светового дня мала и мало поступление солнечного тепла, природа увядает и засыпает — деревья сбрасывают листья, многие животные впадают на длительный срок в спячку (медведи, барсуки) или же сильно снижают свою активность. Вблизи полюсов даже во время лета поступает мало солнечного тепла, из-за этого растительность там скудная — причина унылого тундрового пейзажа, и мало какие животные могут проживать в таких условиях. Весной же вся природа просыпается, трава распускается, деревья выпускают листья, появляются цветы, оживает животный мир. И всё это благодаря всего одному-единственному Солнцу. Его климатическое влияние на Землю бесспорно. Именно благодаря неравномерному поступлению солнечной энергии в разные районы Земли и в разные времена года на Земле сформировались климатические пояса.

     В зелёных листьях растений содержится зелёный пигмент хлорофилл — этот пигмент является важнейшим катализатором на Земле. С его помощью происходит реакция диоксида углерода и воды - фотосинтез, и одним из продуктов этой реакции является кислород — элемент, который необходим для жизни почти всему живому на Земле и глобально повлиял на эволюцию нашей планеты. Реакция воды и углекислого газа происходит с поглощением энергии, поэтому в темноте фотосинтез не происходит. Фотосинтез, преобразуя солнечную энергию и производя при этом кислород, дал начало всему живому на Земле. При этой реакции образуется глюкоза, которая является важнейшим сырьём для синтеза целлюлозы, из которой состоят все растения. Поедая растения, в которых за счёт солнца накоплена энергия, существуют и животные. Растения Земли поглощают и усваивают всего около 0,3 % энергии излучения Солнца, падающей на земную поверхность. Но и этого, на первый взгляд, мизерного количества энергии достаточно, чтобы обеспечить синтез огромного количества массы органического вещества биосферы. В частности, постепенно, переходя от звена к звену, солнечная энергия достаётся всем живым организмам в мире, включая и людей. Благодаря использованию минеральных солей почвы растениями в состав органических соединений включаются также следующие химические элементы: азот, фосфор, сера, железо, калий, натрий, а также многие другие элементы. В последствие из них строятся огромные молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров, веществ, жизненно необходимых для клеток.