Тема. ЗЕМЛЯ И ОКРУЖАЮЩЕЕ ЕЁ ПРОСТРАНСТВО

План

1. Галактика, звезды, созвездия.

2. Строение солнечной системы.

Галактика, звезды и созвездия

Земля входит в состав Солнечной системы, в свою очередь, Солнечная система является частицей нашей Галактики. Галактика – это скопление звезд, звездных систем, межзвездная пыль и газы. Форма Галактики напоминает диск. Область наиболее высокой концентрации звезд и межзвездного вещества представляют собой Млечный Путь. Нашу Галактику мы видим изнутри, т.к. находимся в ее периферийной части. Диаметр Галактики около 100 тыс. световых лет. В границах Галактики насчитывается 100 млрд. – 150 млрд. звезд.

Солнечная система в Галактике не остается неподвижной: во-первых, она движется поступательно в направлении созвездия Геркулеса; во-вторых, Солнечная система совершает полный оборот вокруг центра Галактики почти за 200 млн. лет. Этот срок принято считать галактическим годом.

В Галактике присутствует разреженный газ с примесью пыли. Наиболее плотные области газовой межзвездной среды образуют светлые и темные туманности. Галактику пронизывают различные электромагнитные волны и быстрые частицы (космические лучи). Основные объекты Галактики – это звезды. Звезды, наблюдаемые нами на небе, являются звездами нашей Галактики. Невооруженным глазом в ясную, безлунную ночь видно около 3000 звезд. Видимые звезды на небе еще в древности были объединены в группы – созвездия. В каждом созвездии наиболее яркие звезды образуют характерные фигуры. Названия многих созвездий заимствованы из мифологии (Андромеда, Водолей, Геркулес, Дракон, Змееносец, Кассиопея, Орион, Пегас, Персей и т.д.) или связаны с деятельностью людей (Возничий, Волопас, Стрелец), названиями животных (Большая Медведица, Большой Пес, Козерог, Лев, Лебедь, Малая Медведица, Рыбы, Скорпион и др.). Есть на небе и такие созвездия, наименования которых отражают успехи, достигнутые людьми в различных сферах жизни (Микроскоп, Циркуль, Секстант – видимые в южных широтах) и др.

По международному соглашению все небо разделено на 88 созвездий, 44, наблюдаемых с нашего северного полушария, и 44 – с южного. Для обозначения ярких звезд в созвездиях используют буквы греческого алфавита (α, β, γ,δ, ε, …), наиболее яркие звезды имеют собственные имена (Сириус, Вега, Капелла, Ригель, Процион, Альтаир, Альдебаран и т.д.). На звездном небе мы видим звезды различного блеска. Самые яркие из них считаются звездами нулевой величины, например, Арктур (α Волопаса), Вега (α Лиры), Капелла (α Возничего), Ригель (β Ориона) и др. Сириус (α Большого Пса), являясь наиболее яркой звездой на ночном небе, имеет даже отрицательную звездную величину – 1,5. Звездами первой звездной величины являются Альдебаран (α Тельца), Денеб (α Лебедя), Регул (α Льва) и т.д. Самые слабые, еще видимые невооруженным глазом звезды относятся к шестой величине. Деление звезд на величины предложил Гиппарх во II в до. н.э. Таким образом говоря о звездной величине, мы имеем в виду не размеры звезды, а ее блеск. В звездных величинах выражают и яркость планет, так Венера может иметь звездную величину до –4,5, Юпитер от –2 до –3, Сатурн около 0, Марс от 1 до –2.

Вид звездного неба непрерывно меняется в течение суток (ночи), т.к. Земля вращается вокруг оси и в течение года, т.к. Земля обращается вокруг Солнца.

На фоне звезд Солнце в течение года описывает полную окружность – эклиптику. При этом Солнце последовательно переходит из одного созвездия в другое. Эти созвездия называют зодиакальными, всего их 12: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей.

Ряд созвездий, расположенных вблизи Полярной звезды (околополярные созвездия), можно наблюдать весь год и в течение всей ночи. Это созвездия Большой и Малой Медведицы, Кассиопеи, Цефея, Персея, Возничего, Лебедя, Лиры, Дракона. Они являются не заходящими за горизонт в наших широтах. Вследствие осевого вращения Земли создается видимый эффект обращения созвездий вокруг Полярной звезды. Чем она замечательна? Полярная звезда не самая яркая на ночном небе. Она имеет лишь вторую величину и при первом взгляде на небо ничем не выделяется среди других звезд. Особенностью Полярной звезды является то, что она остается всегда на одном и том же месте, располагаясь на небе вблизи северного полюса мира. Таким образом, Полярная звезда указывает направление на север, а угол под которым видна Полярная звезда соответствует широте местности. Отыскать Полярную звезду несложно: сначала необходимо найти Большую Медведицу и через две крайних звезды «ковша» Большой Медведицы провести мысленно прямую линию так, как показано на рис. 2.

Полярная звезда

Большая Медведица

Рис. 2. Способ отыскания Полярной звезды.

Осенью под утро, зимой ночью и весной вечером, кроме околополярных созвездий видны так называемые зимне-весенние созвездия. В южной части неба хорошо видно созвездие Ориона, к востоку от которого располагаются созвездия Малого и Большого Пса. Над Орионом возвышаются Близнецы и Телец, на востоке созвездие Льва. В северной половине небесной сферы находятся околополярные созвездия.

Летней ночью и осенним вечером наблюдаются летне-осенние созвездия. На юге низко над горизонтом располагается созвездие Скорпиона, на юго-востоке созвездие Орла, на западе над горизонтом созвездие Волопаса, влево от которого находятся Северная Корона и Геркулес, на востоке Андромеда. Околополярные созвездия по-прежнему в северной половине неба.

На ночном небе южного полушария видны другие созвездия: Южный Крест, Южный треугольник, Центавр, Киль, Корма, Журавль и др.

В созвездии Центавра находится ближайшая к солнечной системе звезда – Проксима, расстояние до нее 4 световых года. Вторая ближайшая к нам звезда – α Большого Пса – Сириус, расстояние до которого 7,5 световых лет.

Звезды отличаются по цвету: бывают звезды красные, оранжевые, желтые, белые, голубые. Цвет зависит от температуры, которая может изменяться от 3000^о до 30000^оС.

Звезды различаются также по размерам, массе, плотности. Есть звезды-гиганты, во много раз больше Солнца (Арктур, Бетельгейзе и др.), размеры их

могут быть сравнимы с орбитой Юпитера. Но есть и звезды-карлики, размеры которых могут быть меньше размеров Земли; есть звезды очень маленькие, так называемые нейтронные, с диаметром около 10-20 км. Они имеют плотность, приблизительно совпадающую с плотностью атомных ядер (такая плотность может возникнуть, если Землю сжать до диаметра 1 км).

По химическому составу звезды примерно одинаковы, 98% звездного вещества приходится на водород и гелий (водорода в 3 раза больше, чем гелия).

Звезды, как и все тела в природе, не остаются неизменными. Они рождаются, эволюционируют и умирают. Продолжительность жизни звезд зависит от их массы. Звезды с массой, меньшей массы Солнца, очень экономно расходуют свою энергию, следовательно, могут светить десятки миллиардов лет. Звезды с массой, большей массы Солнца, растрачивают свою энергию примерно за 10 миллионов лет.

Почти всю жизнь звезда сохраняет температуру и размер практически постоянным. Но когда в центре звезды весь водород превращается в гелий, звезда быстро начинает увеличиваться в размерах до красного гиганта, затем процесс расширения сменяется сжатием, и звезда превращается в белый карлик. Такой путь развития ожидает и наше Солнце через несколько миллиардов лет.

Звезды с массой в 1,4 раза больше массы Солнца сжимаются под действием гравитационных сил до нейтронных звезд. Звезды с еще большей массой в конце своей жизни сжимаются до стадии «черной дыры». Черные дыры являются одними из самых интересных и загадочных объектов Вселенной. Для возникновения черной дыры необходимо, чтобы масса звезды сжалась до таких размеров, при которых вторая космическая скорость становится равной скорости света. Этот размер носит название гравитационного радиуса и зависит от массы тела. Величина его очень мала даже для масс небесных тел. Так, для Земли гравитационный радиус приблизительно равен 1 см, для Солнца – 3 км. Для того, чтобы преодолеть тяготение и вырваться из черной дыры, требуется скорость, превышающая скорость света, что, естественно, противоречит теории относительности. Согласно теории относительности, никакое тело не может развить скорость, большую чем скорость света. Поэтому из черной дыры ничто не может вылететь, не может поступать наружу никакая информация. Вблизи черных дыр резко изменяются свойства пространства и времени. Поиски черных дыр во Вселенной проводятся по их сильному полю тяготения, по тем эффектам, которые возникают при попадании в этом поле окружающего вещества. Возможно, что очень массивные черные дыры возникают в центрах компактных звездных скоплений, в центрах галактик. Предполагают, что одна из черных дыр находится в созвездии Лебедя.

За пределами нашей Галактики находятся другие галактики, видимые с Земли как туманные пятна на ночном небе. Расстояния между галактиками во много раз больше их размеров (это как бы острова во Вселенной). Расстояние до соседних к нам галактик – несколько миллионов световых лет. Ближайшая к нам, видимая с северного полушария галактика – Туманность Андромеды, находится на расстоянии 2 млн. световых лет и наблюдается в созвездии Андромеды в виде туманного пятна. Расстояния между галактиками не остаются постоянными, а увеличиваются со временем. Наблюдается так называемое разбегание галактик во Вселенной, являющееся следствием ее расширения.

Происхождение Галактики а вместе с ней и Солнечной системы, остается до сих пор неразгаданной тайной природы. Предполагают, что наша Галактика образовалась из газового облака, состоящего из водорода и других газов. Столкновение газового вещества приводило к потере скорости и переходу кинетической энергии в тепловую. При этом форма и размеры газового облака менялись, само оно от быстрого вращения становилось похоже на сплющенный диск. На начальной стадии эволюции Галактики из межзвездной газово-пылевой среды образовались первые звезды. Гравитационные изменения в одном из газово-пылевых облаков нашей Галактики 4,6 млрд. лет назад привели к образованию Солнечной системы. В результате уплотнения вещество досолнечного облака разогревалось и постепенно достигло настолько высоких температур, что в нем начались гигантские ядерные взрывы. Итогом их стало образование Солнца. Накопление межзвездных пылинок с последующим увеличением и накоплением газа привело к возникновению планет и многих их спутников.

Гипотез о происхождении солнечной системы существует несколько. Наиболее научно-обоснованной из ранних космогонических гипотез является система предположений, впервые высказанных немецким философом И. Кантом (1755 г.) и спустя несколько десятилетий независимо от него предположений французского математика П. Лапласа (1797 г.). Из числа современных космогонических гипотез о происхождении планет наибольшее значение и популярность приобрели гипотезы О.Ю. Шмидта и В.Г. Фесенкова.

Согласно одной из них, гипотезе О.Ю. Шмидта, Земля и другие планеты образовались из облака межзвездной материи, захваченного Солнцем при его движении в мировом пространстве. В процессе движения частицы облака сосредоточились в экваториальной части, и облако превратилось в диск. Во вращающемся диске образовались сгущения, на которые все больше наращивалось частиц из вещества диска. Так образовались зародыши будущих планет. Земля и другие планеты первоначально были холодными. Разогрев планет произошел позднее при радиоактивном распаде химических элементов и гравитационной энергии. На разогретой Земле появились вулканы, землетрясения, началось формирование и движение земной коры. Затем в результате внутренних процессов из недр Земли выделились газы и водяной пар, что привело к возникновению атмосферы и гидросферы[2].

Строение солнечной системы

В состав Солнечной системы входят: Солнце – центральное тело; девять больших планет с их спутниками (более 60); малые планеты – астероиды (50-60 тысяч); кометы и метеорные тела (метеориты и метеоры).

Солнце – ближайшая к нам звезда. Расстояние от Земли до Солнца составляет 149,6 миллионов километров. Это расстояние условно называют одной астрономической единицей – 1 а.е. Свет проходит его за 8 минут и 19 секунд.

Масса Солнца в 770 раз превышает массу всех планет вместе взятых. В объеме Солнца мог бы уместиться 1 миллион таких шаров, как Земля. В Солнце сосредоточено 99,9% всей массы Солнечной системы.

Солнце представляет собой огромный плазменный шар (радиус его приблизительно 700 000 км), состоящий на 80% из водорода и почти на 20% из гелия. В недрах Солнца происходят термоядерные реакции: водород превращается в гелий, что сопровождается колоссальным выделением энергии.

Температура на поверхности Солнца приблизительно 6000^оС, а в его недрах – 15-20 млн. градусов.

Интенсивность процессов, протекающих на поверхности Солнца, периодически меняется, при этом говорят, что изменяется солнечная активность. Период изменения активности Солнца составляет в среднем 11 лет. Одновременно с одиннадцатилетним циклом протекает вековой, точнее, 80-90-летний цикл солнечной активности. Несогласованно накладываясь друг на друга, они вносят заметные изменения в процессы, совершающиеся в географической оболочке.

В причинную зависимость от степени напряженности солнечной активности поставлены следующие физические явления: магнитные бури, частоты полярных сияний, количество ультрафиолетовой радиации, интенсивность грозовой деятельности, температура воздуха, атмосферное давление, осадки и др. В конечном итоге изменение солнечной активности может влиять на изменение климата, на прирост древесины, массовое появление вредителей леса и сельскохозяйственных культур, размножение грызунов, промысловых рыб и т.д. С периодической деятельностью Солнца связаны многие заболевания человека (сердечно-сосудистые, нервно-психические, вирусные и др.).

Вокруг Солнца, согласно законам небесной механики, движутся восемь больших планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

В соответствии с законами И.Кеплера, во-первых, каждая планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце; во-вторых, радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает равные площади (т.е. вблизи Солнца планеты движутся быстрее, чем вдали от него); в-третьих, отношение кубов больших полуосей орбит двух любых планет Солнечной системы равно отношению квадратов их обращений вокруг Солнца.

Движение планет подчинено закону всемирного тяготения, открытому И.Ньютоном. Согласно этому закону, все тела взаимодействуют между собой с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратнопропорциональной квадрату расстояния между ними:

m₁ . m₂

F= f ---------, где f –постоянная величина, m₁ и m₂ – массы двух взаимо-

r²

действующих тел, r – расстояние между ними.

По своим размерам и физико-химическим свойствам планеты делятся на две группы: 1) планеты «земной» группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) имеют сравнительно небольшие размеры, относительно непродолжительный период обращения вокруг Солнца, обладают высокой плотностью вещества (от 4,0 до 5,5 г/см³); 2) планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) имеют гигантские размеры, малую плотность (1,3 –1,6 г/см³), однотипный химический состав и большое количество спутников. Плутон следует отнести к третьей группе, т.к. по своим размерам он примыкает к планетам «земной» группы, а по физико-химическим свойствам сближается с планетами-гигантами. Вероятно, за орбитой Плутона могут существовать другие тела, орбиты которых представляют собой сильно вытянутые эллипсы.

По отношению к Земной орбите планеты делятся тоже на две группы: 1) внутренние (Меркурий, Венера) находятся всегда вблизи Солнца и поэтому их можно наблюдать на небе либо на востоке перед восходом Солнца, либо на западе после его захода; 2) внешние (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, , невооруженным глазом видны только первые три, остальные можно наблюдать лишь в телескоп.

Меркурий – планета самая близкая к Солнцу (расстояние почти 58 млн.км или 0,4 а.е.). Период обращения вокруг Солнца составляет 88 суток. Атмосфера сильно разрежена (практически ее нет, т.к. сила тяжести мала и не может удерживать газовую оболочку). Температура на солнечной стороне +400^оС (ночью ниже –100^оС). Поверхность напоминает лунный ландшафт, т.к. сильно «изрыта» кратерами.

Венера – ближайшая к Земле планета, ее размеры почти такие же, как у Земли (диаметр Венеры составляет около 12 112 км). Расстояние от Солнца до Венеры 108 млн. км (0,7 а.е.); период обращения равен 225 суткам. Венера имеет мощную атмосферу, состоящую из углекислого газа (97%), азота, инертных газов и др. Углекислый газ и водяной пар (0,1%) создают парниковый эффект, в результате чего температура на Венере почти +500^оС. Поверхность планеты всегда скрыта от наблюдателей плотным слоем облаков.

Земля – третья от Солнца планета (расстояние до Солнца приблизительно 150 млн.км, или 1 а.е.). Средний диаметр Земли около 12 742 км; период обращения вокруг Солнца – 1 год. Земля имеет 1 спутник – Луну. (Подробнее см. в главе «Характеристика Земли как планеты»).

Марс – четвертая от Солнца планета (расстояние до Солнца составляет около 228 млн. км, или 1,5 а.е.; период обращения приблизительно 2 года). По диаметру Марс вдвое меньше Земли. Атмосфера его состоит из углекислого газа, аргона и др., плотность ее меньше земной (атмосферное давление у поверхности Марса такое же, как на Земле на высоте 35 км). Температура колеблется от +20^оС до –120^оС. Поверхность Марса имеет красноватый оттенок, а у полюсов видны белые шапки (вероятно, из замерзшей углекислости). Поскольку Марс имеет наклон оси такой же, как у Земли, то на нем хорошо выражена смена времен года (таяние «шапок»). Марс имеет два спутника: Фобос и Деймос.

Юпитер – самая большая планета в Солнечной системе. Расстояние до Солнца 780 млн.км (5 а.е.), период обращения приблизительно 12 лет. Диаметр Юпитера в 11 раз больше диаметра Земли. Из-за быстрого вращения вокруг своей оси Юпитер сильно сжат у полюсов. Атмосфера его состоит из водорода, гелия, метана, аммиака. Температура –140^оС. Юпитер имеет систему небольших колец и 16 спутников (Ио, Европа, Каллисто, Ганимед и др.), причем Ганимед и Каллисто по размерам превышают планету Меркурий.

Сатурн – вторая по величине планета в Солнечной системе. Расстояние до Солнца 1 млрд. 430 млн. км (10 а.е.), период обращения около 30 лет. Атмосфера по составу газов близка к атмосфере Юпитера; температура –170^оС. Сатурн имеет систему колец (внешние, средние, внутренние). Кольца не сплошные, они представляют собой совокупность тел, вращающихся вокруг планеты. У Сатурна есть 18 спутников (Титан, Янус, Рея и др.).

Уран – седьмая от Солнца планета (расстояние до Солнца 2 млрд. 869 млн. км, или 19 а.е.; период обращения приблизительно 84 года). Атмосфера аналогична атмосферам других планет-гигантов, температура –215^оС. Уран имеет систему небольших колец и 17 спутников (Ариель и др.).

Нептун находится на расстоянии 4 млрд. 497 млн. км от Солнца (30 а.е.), период его обращения составляет 165 лет. По размерам и физическим условиям Нептун близок к Урану. Имеет 11 спутников (Тритон, Нереида и др.).

Кроме больших планет, вокруг Солнца движутся и малые планеты – астероиды. Они образуют самостоятельный пояс между орбитами Марса и Юпитера. Астероиды не имеют определенной формы, а представляют собой угловатые глыбы или обломки. Вероятно, что это осколки небольшой разрушенной планеты. Орбиты их достаточно эллиптичны. Крупных астероидов известно около 2000 (Церера, Веста, Паллада, Юнона и др.), а общее их количество более 60 тысяч.

Кометы (в переводе с греческого означает хвостатые). Большинство комет движется вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам. Согласно гипотезе голландского ученого Оорта, на окраинах Солнечной системы остались сгустки вещества, из которого образовались кометы («облако Оорта»). Некоторые кометы являются пришельцами из космоса, их орбиты представляют собой параболы и гиперболы. Кометы имеют вид туманных объектов со светящимся ядром в центре и хвостом, длина которого увеличивается с приближением кометы к Солнцу. Состоят кометы из смерзшихся камней и газов (СО, СО_2,N₂, СН и др.). При приближении к Солнцу вокруг ядра кометы образуется газовая оболочка (голова, которая может быть размером с Солнце) и хвост – испаряющиеся газы (длина хвоста может достигать десятков млн. км). Наиболее известна комета Галлея с периодом обращения вокруг Солнца 76 лет (последний раз она проходила вблизи Земли в 1986 г. В конце марта 1996 года вблизи Земли прошла комета, которая была видна невооруженным глазом. В 1997 году, в марте-апреле, наблюдалась комета Хёйла-Боппа. Эта комета была открыта в июле 1995 г. американскими учеными А.Хёйлом и Т.Боппом. Оказалось, что данная комета имеет эллиптическую орбиту с периодом около 3000 лет. 23 марта 1997 г. комета проходила мимо Земли на расстоянии 195 млн. км, в это время блеск кометы достигал максимума. Таким образом, в конце марта – начале апреля 1997 года комета Хёйла-Боппа была также хорошо видна на небе.

Метеорные тела – это метеориты и метеоры. Метеориты – тела, поступающие из межпланетного пространства, они выпадают в виде осколков. Крупные метеориты называют болидами. Считают, что метеориты являются обломками астероидов. Метеоры – мельчайшие твердые частицы, вторгающиеся в атмосферу Земли (наблюдаемые в виде «падающих» звезд). Их происхождение связано с распавшимися ядрами комет. Особенно много метеоров появляется каждый год в начале января, конце апреля, середине августа и середине ноября («метеорные дожди»). За год на Землю выпадает несколько тонн метеоритного вещества.

Тема. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗЕМЛИ КАК ПЛАНЕТЫ

План

Форма и размеры Земли.

Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 129; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!