Происхождение Солнечной системы. Вопросы происхождения и эволюции Солнечной системы (СС) изучает наука, называемая космогонией

Вопросы происхождения и эволюции Солнечной системы (СС) изучает наука, называемая космогонией. Эволюция СС является наглядным примером гелиолитической стрелы времени. СС находится на расстоянии 10 тысяч световых лет (3 кпс) от центра Галактики, между двумя спиральными рукавами. СС обращается вокруг центра Галактики со скоростью 250 км/с и совершает один оборот за 230 миллионов лет. Размер СС более 40 астрономических единиц.

СС состоит из самого Солнца, девяти больших планет, которые имеют 86 спутников, более 40 тысяч астероидов (малых планет), порядка 100 миллиардов комет, а также множества мелких метеорных тел. Астероиды движутся между Марсом и Юпитером. Все крупные астероиды имеют женские имена: Церера, Паллада, Веста и др. Кометы состоят из кристалликов льда, углекислого газа, метана и др. Они «живут» до нескольких тысяч оборотов вокруг Солнца, затем распадаются и превращаются в метеорные потоки.

СС обладает рядом закономерностей, указывающих на совместное образование планет и их спутников, астероидов и Солнца в едином процессе. К числу таких закономерностей относятся следующие закономерности. Во-первых, все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, в направлении осевого вращения самого Солнца, по почти круговым орбитам. Во-вторых, ось Солнца почти перпендикулярна плоскости орбиты планет. В-третьих, собственное вращение почти всех планет вокруг оси в том же направлении, что и Солнце, за исключением Венеры и Урана. Чрезвычайно медленное вращение Венеры и Урана вокруг собственной оси происходит в обратном направлении. В-четвертых, направление движения большинства спутников планет такое же, что и у Солнца.

СС образовалась из протозвезды с небольшим моментом вращения. Если бы момент вращения был большой, то из протозвезды образовалось бы кольцо, которое далее разбилось бы на мелкие фрагменты. Таким путем формируются кратные звездные системы. Если бы момент вращения был меньше, то, вероятно, образовалась бы одиночная звезда без планеты.

Вся масса СС сосредоточена в Солнце, а планетарная масса составляет всего 0,134% массы Солнца, однако, момент импульса Солнца в 29 раз меньше, чем у планет. Этот факт для астрономов является трудно объяснимым. Астроном Рассел (1935г.) пытался объяснить это следующим образом: «Солнце в прошлом было двойной звездой. Вторая звезда находилось на месте Урана. Она столкнулась с космическим объектом. После столкновения из остатков образовались планеты с большими моментами импульса». Академик Отто Шмидт объясняет этот факт тем, что Солнце захватило из космоса объекты, имеющие достаточное количество момента вращения, затем от них образовались планеты.

Гипотезы о происхождение Солнечной системы.

Солнечная система (СС) образовалась около 5 миллиардов лет назад. Медленно вращающаяся протозвезда,в результатесжатия образовала сплющенный диск. Причем большая часть газа под действием силы тяготения, падает на протосолнце, а пыль остается на долю планет.

Согласно эволюционной гипотезе Канта (1775г.), СС в ходе своей эволюции образовалась из горячего газопылевого облака. Согласно небулярной (nebula – туман, облако) гипотезе Лапласа, изложенной в 1796г. в книге «Изложение о системе мира», в экваториальной области протозвезды возрастает центробежная сила, и протозвезда принимает форму "чечевицы". По мере сжатия, центробежная сила у краев "чечевицы" увеличивается и становится больше сил притяжения. По этой причине, из краев "чечевицы" постепенно отделились десять газопылевых колец. Из них образовалось девять планет, а из одного газопылевого кольца, находящегося между Марсом и Юпитером, образовались астероиды.

Согласно гипотезе академика Отто Шмидта, СС образовалась из холодного газопылевого облака. В настоящее время, большинство ученых придерживаются гипотезы Отто Шмидта.

Солнце – ближайшая к нам звезда.

Солнце является звездой второго поколения, его называют желтым карликом. Звезды первого поколения имеют возраст более 10 миллиардов лет, а возраст Солнца составляет более 5 миллиардов лет. По соотношению изотопов свинца Pb-206, 207 и 208 возраст Земли определили в 4,6 млрд. лет. Возраст радиоактивных ядер СС составляет более 4,8 млрд. лет.

Температура в центральной части Солнца более 15 миллионов градусов, а на ее поверхности – 6000 градусов. Средняя плотность Солнца 1,4 г/см³. Солнце - гигантский источник энергии с мощностью 3,86ּ10²³ кВт. Солнечная постоянная – это ее интенсивность излучения, которая равна 1,36 кДж/м²с. Интенсивность излучения периодически меняется. Каждые 11 лет все процессы, протекающие на Солнце, усиливаются. Это явление называется солнечной активностью. В зависимости от температуры Солнце делят на четыре зоны. 1. Зона ядерных реакций (230 тысяч км). 2. Зона переноса лучистой энергии (230 тысяч км). 3. Зона конвекции газа (240 тысяч км). 4. Атмосфера состоит из фотосферы (300 км), хромосферы (несколько десятков км) и короны (несколько сотен радиусов Солнца).

В фотосфере образуются пятна, которые впервые обнаружил Галилей. Температура пятен не более 3700 градусов. Пятна, перемещаются и свидетельствуют о вращении Солнца вокруг оси, которое составляет один оборот за 25,38 суток. В хромосфере образуются факелы – горячие потоки плазмы. Хромосферные вспышки происходят из-за выбросов мощных горячих сгустков газа. В короне наблюдаются мощные потоки плотных горячих газов (протуберанцы). Солнце, кроме электромагнитных волн, излучает поток плазмы из электронов и протонов, которые называют солнечным ветром. Солнечный ветер образуется в солнечной короне, имеет сверхзвуковую скорость с плотностью 10 частиц в 1 см³. Магнитное поле Земли останавливает солнечный ветер на расстоянии около 10 радиусов Земли. Форма короны меняется. При максимуме солнечной активности, корона сферична, а при минимуме – вытянута вдоль экватора.

Концентрация водорода в верхних слоях около 90%, а в центральной части – около 37%. В ходе ядерной реакции ежесекундно 564 миллиона тонн водорода превращается в 560 миллионов тонн гелия. А более 4 миллионов тонн превращается в лучистую энергию. С таким темпом, Солнце будет стабильно светиться еще 5 миллиардов лет. Затем оно превратится в Красного гиганта, из него в Белого карлика, а из него в Черного карлика.

Источник энергии Солнца и звезды.

После отделения от протозвезды, 10 газопылевых колец, из оставшихся частей формируется протосолнце. Оно, в течение одного миллиона лет, постепенно сжимается и нагревается до 20 млн. градусов. При этой температуре, возникает термоядерная реакция превращения водорода в дейтерий и тритий, затем в гелий. Об этой реакции впервые сообщил американский физик-теоретик Ханс Бете, в 1939 г.:

,

где H¹ - протон, D² - дейтерий, е⁺ - позитрон, - нейтрино, Т³ - тритий, - фотон и Не⁴ – ядро гелия. Эти реакции Ханс Бете назвал протон-протонным циклом. Этот цикл обеспечивает выход 19,78 МэВ энергии и может проходить при температурах порядка 13 млн. градусов. После начала ядерной реакции Солнце вспыхивает и начинает излучать электромагнитные волны с максимумом излучения в области видимого света. Реакция протон-протонного цикла является источником энергии Солнца и всех звезд.

Вопросы для самоконтроля

1. Из чего состоит протосолнце?

2. За сколько времени из протосолнца возникает Солнце?

3. При какой температуре, возникает термоядерная реакция превращения водорода в гелий?

4. Когда и кто впервые разработал механизм термоядерной реакции превращения водорода в гелий?

5. Как назвал Ханс Бете термоядерную реакцию превращения водорода в гелий?

6. Сколько энергии выделяется в МэВ-х, при одном цикле термоядерной реакции?

7. На какую область спектра приходится максимум излучения Солнца?

Две группы планет Солнечной системы

Планеты располагаются вокруг Солнца, в зависимости от расстояния следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. По физическим характеристикам планеты делятся на две группы. 1. Земноподобные планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс и Плутон. 2. Планеты гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Все планеты земной группы имеют большую плотность 5,5 г/см³, твердую оболочку, газовые атмосферы, Земля - гидросферу и биосферу, Марс – криосферу.

Меркурий.Температура освещенной стороны Меркурия более 350⁰С, а неосвещенной стороны минус 160⁰С. На его поверхности имеются многочисленные кратеры. Некоторые из них являются следами потухших вулканов. Ядро Меркурия на 50% состоит из железа. Земные сутки составляют 59 суток Меркурия, а земной год - 90 лет Меркурия.

Венера. Венера является самой яркой планетой на небосводе. Ее атмосфера состоит в основном из углекислого газа на 97% и азота – 2%. Атмосфера создала парниковый эффект, приводящий к нагреву поверхности планеты до 470 градусов. Всего 8% поверхности Венеры покрыты горами. Она окутана непрозрачной атмосферой. В атмосферу планеты наблюдается сильные бури, адская жара и ядовитые облака. Молния происходит с силой, в 25 раз превосходящей земной. Поверхность Венеры состоит из горячей, сухой, каменистой пустыни.

Земля. Максимальная высота на поверхности Земли– это высота горы Джамалунгма в Гималаях – 8848 км, а самое глубокое место – это Марианская впадина в Тихом океане – 11022м. Мантия Земли составляет более 60% массы и около 80% ее объема.

По данной таблице, можно сравнить характеристики первобытной и современной Земли, а также современной Венеры:

Сравнение этих данных показывает, что атмосфера первобытной Земли почти не отличается от атмосферы Венеры.

Марс. В атмосфереМарсабольше всего присутствует углекислый газ – 95%, молекулярный азот – 3%, аргон – 1% и др. Установлено, что Марс обладает дифференцированной корой, как и Земля, с высоким содержанием алюминия, кремния и калия. Имеет четыре действующих гигантских вулкана: Олимп, Арсия, Павонис и Аскрийский. Высота вулкана Олимп более 27 км. В период бурь миллиарды тонн пыли, содержащей в себе атомы меди, поднимаются до высоты 17 км. Поэтому Марс имеет красновато-желтый оттенок. У планеты есть два естественных спутника – Фобос и Деймос.

Давление солнечных лучей и солнечный ветер оттолкнули водород и гелий от планет земной группы к планетам - гигантам. Поэтому планеты - гиганты Юпитер и Сатурн в основном состоят из жидкого водорода и гелия. Небольшое ядро Юпитера состоит из твердого водорода. Температура в центре Юпитера около 30000 градусов. Магнитный момент Юпитера в 10 тысяч раз больше, чем у Земли.

Основные характеристики планет приведены в следующей таблице:

Предполагается, что планеты возникли почти одновременно, около 4,2 млрд. лет назад из холодного газопылевого облака, имеющего кольцеобразную форму, вращающегося вокруг Солнца.