Современная астрономическая картина мира
В XX в. в астрономии произошли поистине радикальные изменения. Прежде всего, значительно расширился и обогатился теоретический фундамент астрономических наук, изменился эмпирический базис астрономии - она стала всеволновой.
ОТО дала возможность разрешить парадоксы ньютоновской космологии, сформулировать конкретное представление о предмете космологии (физико-геометрические свойства Вселенной как целого), создать теоретические модели явлений галактических и космологических масштабов.
Уже в первой трети XX в., с созданием новых более мощных телескопов и разработкой более совершенных методов спектроскопии, был открыт грандиозный мир галактик; получила мощный импульс внегалактическая астрономия (Э.Хаббл); кардинально продвинулись исследования к области звездной астрономии, что дало возможность выяснить эмпирические зависимости между параметрами звезд (диаграмма Герцшпрунга-Рессела) и др.
Во второй половине XX в. для получения информации об астрономических объектах осуществляется по четырем каналам:
ü это электромагнитные волны, причем не только в оптическом диапазоне; наблюдения проводятся на всех диапазонах электромагнитных волн (радио, инфракрасный, оптический, ультрафиолетовый, рентгеновский и γ-диапазоны);
ü это космические лучи. На Землю из глубин космоса, от Солнца непрерывно льются потоки лучей. Некоторые достигают поверхности Земли, другие взаимодействуют с её атмосферой;
|
|
|
ü это нейтринная астрономия. Нейтрино очень слабо взаимодействует с веществом и трудно регистрируется, но оно несет ценнейшую информацию о процессах, протекающих внутри звезд, Солнца, в глубинах Вселенной, вспышках сверхновых звезд и др.;
ü это гравитационные волны, которые возникают в результате грандиозных взрывов звезд.
Развитие ракетной техники и космонавтики дало возможность непосредственного исследования с помощью космических аппаратов, зондов и наблюдений космонавтов околоземного пространства, Луны, планет Солнечной системы, их спутников. Проектируются полеты астронавтов на Марс.
Все это привело к значительному расширению наблюдаемой области Вселенной и открытию целого ряда необычных явлений и астрономических объектов.
Солнечная система
Планеты и их спутники.
Земля — спутник Солнца в мировом пространстве, вечно кружащийся вокруг этого источника тепла и света. Самыми яркими из постоянно наблюдаемых нами небесных объектов, кроме Солнца и Луны, являются соседние с нами планеты. Они принадлежат к числу тех девяти миров (включая Землю), которые обращаются вокруг Солнца (а его радиус 700 тыс. км, т.е. в 100 раз больше радиуса Земли) на расстояниях, достигающих нескольких миллиардов километров. Группа планет вместе с Солнцем составляет Солнечную систему. Планеты хотя и кажутся похожими на звезды, в действительности гораздо меньше их и темнее. Они видны только потому, что отражают солнечный свет, который кажется очень яркими, поскольку планеты гораздо ближе к Земле, чем звезды.
|
|
|
Кроме планет, в солнечную систему входят спутники планет, астероиды, кометы, метеорные тела.
Планеты расположены в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля (один спутник - Луна), Марс (2 спутника), Юпитер (15 спутников), Сатурн (16 спутников), Уран (5 спутников), Нептун (2 спутника) и Плутон (1 спутник).
Земля в 40 раз ближе к Солнцу, чем Плутон, и в 2,5 раза дальше, чем Меркурий. Возможно, что за Плутоном есть еще одна или несколько планет, но поиски их среди множества звезд слабее 15-й величины слишком кропотливы и не оправдывают затраченного времени.
Важную роль в Солнечной системе играет межпланетная среда, те формы вещества и поля, которые заполняют пространство Солнечной системы. Основные компоненты этой среды — солнечный ветер (поток заряженных частиц, в основном протонов и электронов, истекающих с поверхности Солнца); заряженные частицы высокой энергии, приходящие из глубин космоса; межпланетное магнитное поле; межпланетная пыль, основным источником которой являются кометы; нейтральный газ (атомы водорода и гелия).
|
|
|
По физическим характеристикам планеты делятся на две группы:
o планеты земного типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс);
o планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).
О Плутоне известно мало, но он ближе по своему строению к планетам земной группы.
Строение планет. Строение планет слоистое. Выделяют несколько сферических оболочек, различающихся по химическому составу, фазовому состоянию, плотности и другим характеристикам.
Все планеты земной группы имеют твердые оболочки, в которых сосредоточена их масса. Венера, Земля и Марс обладают газовыми атмосферами. Меркурий практически лишен атмосферы. Спутник Сатурна - Титан - окутан плотной атмосферой и по размерам больше планеты Меркурий. Титан - единственный спутник в нашей Солнечной системе, обладающий постоянной и плотной газовой атмосферой, которая состоит главным образом из азота и метана (ее температура -180°С).
Земля имеет жидкую оболочку из воды - гидросферу, а также биосферу (результат прошлой и современной деятельности живых организмов). Аналогом земной гидросферы на Марсе является криосфера - лед в полярных шапках и в грунте (вечная мерзлота). Одна из загадок Солнечной системы - дефицит воды на Венере.
|
|
|
Как и у Земли, в твердых оболочках планет выделяют:
ü кору - самую внешнюю тонкую (10—100 км) твердую оболочку;
ü мантию — твердую и толстую (1000—3000 км) оболочку;
ü ядро — наиболее плотную часть планетных недр.
Ядро Земли, состоящее из железа, подразделяется на внешнее (жидкое) и внутреннее (твердое); температура в центре Земли оценивается в 4000-5000 К.
Жидкое ядро, есть также у Меркурия и Венеры; а у Марса его нет.
Наиболее распространены в твердом «теле» Земли железо (34,6%), кислород (29,5%), кремний (15,2%) и магний (12,7%).
Планеты-гиганты обладают иным химическим составом. Юпитер и Сатурн содержат водород и гелий, и другие элементы содержатся в пропорциях, соответствующих солнечному составу. В недрах Урана и Нептуна больше тяжелых элементов.
Недра Юпитера находятся в жидком состоянии, за исключением небольшого ядра, которое представляет собой результат металлизации жидкого водорода. Температура в центре Юпитера около 30 000 К. Химический и изотопный состав Юпитера отражает состав межзвездной среды, какой она была 5 млрд. лет назад.
Сатурн по внутреннему строению похож на Юпитер.
Строение недр Урана и Нептуна иное: доля каменистых материалов в них существенно больше.
Основными источниками энергии в недрах планет являются радиоактивный распад элементов и выделение гравитационной потенциальной энергии при аккреции (объединении) и дифференциации вещества, его постепенном перераспределении по глубине в соответствии с плотностью — тяжелые фрагменты тонут, легкие всплывают. На Земле подобное перераспределение еще не завершилось. Такие процессы вызывают перемещения отдельных участков земной коры, деформацию, горообразование, тектонические и вулканические процессы.
Причина вулканических процессов состоит в том, что в верхней мантии существуют небольшие области, где температура достаточна для плавления ее вещества. Расплавленное вещество (магма), выдавливающееся вверх, прорывается через кору, и происходит вулканическое извержение. Судя по характеру поверхности, среди планет земной, группы тектонически наиболее активна Земля, за ней следуют Венера и Марс. При этом выделяемая Землей тепловая энергия никогда не приводила ее в полностью расплавленное состояние.
Высокой тектонической и вулканической активностью отличаются и спутники дальних планет Солнечной системы, особенно Юпитера и Сатурна.
Поверхность планет и их спутников формируют не только эндогенные (тектонических, вулканических) процессы, но и экзогенные - падение метеорных тел, астероидов; эрозия (под действием ветра, осадков, воды, ледников); химическое взаимодействие поверхности с атмосферой и гидросферой и др.
Происхождение планет. Считается, что планеты возникли одновременно (или почти одновременно) 4,6 млрд. лет назад из газово-пылевой туманности, имевшей форму диска, в центре которого располагалось молодое Солнце. Образование звезд и планетных систем — это единый процесс, происходящий в результате конденсации облака межзвездного газа в силу его гравитационной неустойчивости.
Протопланетная туманность образовалась вместе с Солнцем из межзвездного вещества, плотность которого превысила критические пределы. Такое уплотнение произошло в результате взрыва сверхновой звезды, который мог ускорить и стимулировать процесс конденсации, а также обеспечить содержание в составе газовой туманности тяжелых элементов. Протопланетное облако не было массивным (если бы его масса превышала 0,15 массы Солнца, оно собралось бы не в систему планет, а в звездообразный спутник Солнца); было неустойчивым. Оно становилось все более плоским, конденсировалось в уплотненный диск, в нем возникали неустойчивости, которые приводили к образованию ряда колец, а газовые кольца превращались в газовые сгустки — протопланеты.
Протопланеты сжимались, твердые пылинки сближались, сталкивались, образовывали тела все больших размеров. В относительно короткий срок (10n лет, где n = 5—8) сформировались девять больших планет.
В настоящее время господствует идея холодного начального состояния Земли и других планет Солнечной системы, которые возникли в результате аккреции частиц и твердых тел газово-пылевого протопланетного облака, окружавшего Солнце. Однако пока не решен вопрос, была ли Земля гомогенна или гетерогенна к концу своего формирования, образовались ли ядро, мантия и кора в результате гетерогенной аккреции или же наша планета создавалась из гомогенного материала, который затем подвергался дифференциации в процессе последующей геологической истории. Большинство исследователей придерживаются модели гетерогенной аккреции. (Хотя вопрос о разделе вещества допланетного облака на железные и силикатные частицы пока окончательно не решен.)
Астероиды, кометы, метеориты являются остатками материала, из которого сформировались планеты. Астероиды сохранились до нашего времени благодаря тому, что подавляющее большинство их движется в широком промежутке между орбитами Марса и Юпитера.
Происхождение систем регулярных спутников (т.е. движущихся в направлении вращения планеты по почти круговым орбитам, лежащим в плоскости ее экватора) объясняется повторением процесса образования планет Солнечной системы. Такие спутники есть у Юпитера, Сатурна, Урана.
Происхождение иррегулярных спутников (т.е. таких, которые обладают обратным движением) объясняют захватом.
Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 30; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!