Строение и эволюция звезд. Солнечная система. Земля

Все небесные тела можно разделить на испускающие энергию — звезды, и не испускающие — планеты, кометы, метеориты, космическую пыль. Энергия звезд генерируется в их недрах ядерными процессами при температурах, достигающих десятки миллионов градусов. Звезды — это фабрики по производству химических элементов и источники света и жизни. Звезды движутся вокруг центра галактики по. сложным орбитам. Есть звезды, у которых меняются блеск и спектр - переменные звезды. Существуют очень крупные звезды - красные гиганты и сверхгиганты, и нейтронные звезды. В 1967 г. были открыты пульсары - космические источники радио-оптического, рентгеновского и гамма-излучения.

Все звезды в конце эволюционного цикла, когда все водородное горючее истрачено, сжимаются до бесконечной плотности (масса остается прежней) и превращаются в «белого карлика» с низкой светимостью.

Солнце - обычная звезда второго поколения в нашей Галактике, но оно образует свою систему объектов и называется Солнечной системой, состоящей из Солнца и девяти планет: Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона, а также сотни комет и бесчисленного множества материальных тел. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела - Солнца.

Источником солнечной энергии являются термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Температура в поверхностных слоях Солнца составляет 6000 К. С глубиной температура растет, достигая в центре 2,0∙10⁷ К. Это значит, что вещество на Солнце находится в состоянии плазмы. Изучение спектра Солнца позволило определить его химический состав. По современным данным на Солнце обнаружено более 70 химических элементов и все они земные. Больше всего на Солнце водорода (70% всей массы Солнца) и гелия (28%).

Одинаковый химический состав Солнца и всех планет служит убедительным доказательством их единой природы.

Излучение Солнца — солнечная активность — имеет 11 летний цикл. При максимуме солнечной активности на Солнце особенно много пятен. Последний максимум солнечной активности был очень сильным и продолжительным (1989-1992 г.).

Солнце — главный источник жизни на Земле. Масса его = 1,98∙10³⁰ кг, что в 3,33∙10⁵ раз больше массы Земли и в 650 раз больше массы всех планет Солнечной системы. Радиус Солнца равен 6,95∙10⁸ м, т.е. в 109 раз больше радиуса Земли. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км., что составляет 107 его диаметров.

Возраст Земли - 4,5 млрд. лет. Скорость вращения вокруг Солнца 30 км/с. Ее орбита незначительно отличается от круговой. В течении 24 часов Земля делает один оборот вокруг своей оси, и в течении 365,25 суток — вокруг Солнца.

В настоящее время жизнь мыслящих существ обнаружена только на планете Земля. Земля по своей структуре четко делится на четыре концентрические зоны: земная кора, мантия, внешнее ядро и внутреннее ядро. Радиус Земли составляет 6370 км. Однако форма Земли несколько отличается от сферической и приплюснута с полюсов. Такая объемная фигура получила название геоида. Мы же в своих рассуждениях будем использовать сферическую форму Земли. Твердая оболочка земной коры имеет толщину от 30 до 60 км, а на дне океанов в некоторых местах ее толщина уменьшается и может быть от 7 до 25 км.

Правда, земная мантия тоже твердая, и ее толщина доходит до 2900 км. Вязким расплавленным является только внешнее ядро толщиной от 2900 до 5100 км. Диаметр же внутреннего ядра невелик, но его температура достигает 6000°С. Тем не менее внутреннее ядро тоже твердое, вероятно из-за огромного давления, которое на него оказывают вышележащие слои. Магмой называется расплавленная масса, выделяющаяся при извержении вулкана. Геологи считают, что она образуется в нижней части земной коры и в верхней части мантии на глубине от 30 до 90 км. Горная порода на этой глубине так раскалена, что должна быть жидкой, но остается твердой, ее уплотняет огромное давление лежащих сверху пластов. Это давление обычно одинаково по всей поверхности магмы; лишь там, где две тектонические плиты трутся друг о друга и сдвигаются, оно может ослабевать. В этих местах порода переходит из твердого состояния в

жидкое, расширяясь при этом, напирает на верхние слои и с чудовищной силой вырывается на поверхность. Происходит извержение вулканов, большинство которых и расположено на стыках тектонических плит.

Внутренние процессы, идущие в недрах Земли, изучают такие науки, как геотектоника, плитотектоника, объясняющие жизнь земной коры, странствия материков, появление и исчезновение океанов.

Если бы с лика планеты можно было удалить материки и океаны, то мы увидели бы нечто, напоминающее гигантское круглое яйцо, скорлупа которого растрескалась под давлением какой-то могучей силы. Именно так выглядит верхний слой земной коры, сложенный из плит. Такая карта составлена с помощью гравитационных съемок со спутников.

Тектонические плиты - участки земной коры, на которых располагаются те или иные поверхностные объекты Земли. Сейчас доказано, что земная кора состоит примерно из 20 больших и малых пластов, называемых плитами, или платформами, постоянно изменяющих свое местоположение на планете. Эти странствующие тектонические плиты земной коры имеют толщину от 60 до 100 км и, как льдины, то опускаясь, то поднимаясь, плавают на поверхности вязкой магмы. Плиты в среднем перемещаются на 2-3 сантиметра в год в каком-либо направлении. Быстрее всего движется, как считают ученые, южная часть плиты, на которой разместилась Латинская Америка. Она устремляется в сторону Тихого океана со скоростью 16 сантиметров в год. Поскольку плиты движутся с разными скоростями, между ними время от времени происходят столкновения - как льдины в ледоход сталкиваются на реке.

Исторический лик нашей планеты Земля можно представить на основе исследований конвекционных движений магмы, как одной из гипотез, которые определяют движение тектонических плит на поверхности планеты. Согласно ей - первым в истории Земли был единственный континент - Моногея. В течение миллионов лет он распался и вновь соединился в сверхматерик Мегогея. Затем таким же образом возникла Мезогея и лишь потом - Лавразия и Гондвана, которые временами соединялись в один континент - Пангею, которая постепенно превратилась в настоящую картину континентов. Эти движения, в частности, помещали то один, то другой из материков в полярные области. Известно также, что гигантский материк Гондвана некогда распался на несколько частей, одна из них двинулась на северо-восток - в сторону Азии. И когда она столкнулась с Азией, да с такой силой!, то на месте этого смыкания возникли высочайшие в мире горы — Гималаи. С тех пор прошли десятки миллионов лет, и, казалось бы, за это время все должно было угомониться и успокоиться. Но несколько десятилетий назад геодезисты, измерявшие высочайшие вершины Гималаев, установили: по сравнению с предыдущей проверкой горы выросли на несколько сантиметров. Теперь на основании гравитационных спутниковых измерений стало ясно, что Индийская платформа продолжает наступать на Азию со скоростью 2 сантиметра в год. От этого натиска и продолжают расти Гималаи. Куски земной коры — плиты трутся друг о друга, сталкиваются, ныряют в магму и выныривают из нее, ударяя при этом верхлежащую плиту. Все эти глубинные движения, вызванные силами малыми и великими, доходят до поверхности Земли и трясут ее, т.е. происходят землетрясения. И хотя мы уже многое знаем о возможных местах землетрясений, однако, в настоящее время еще не удалось полностью проникнуть. в закономерности сейсмических явлений.

На Земле тектонические процессы активно протекают и в наши дни, ее геологическая история далека от завершения. Не без основания считают, что тектоническая активность может служить мерилом уровня жизнеспособности планеты в целом. Сокращение, а тем более прекращение такой деятельности рассматривается как признак умирания планеты, завершения цикла ее эволюционного развития. Ведь суть такого развития - активный обмен веществом и энергией между недрами и поверхностью планеты, в ходе которого формируются и поддерживаются атмосфера, гидросфера и господствующие типы рельефа поверхности. С прекращением тектонической деятельности планета превращается в мертвое небесное тело, на котором преобладают процессы деградации.

Современный рельеф планеты сложился и продолжает видоизменяться под влиянием совместного действия на ее поверхности тектонических, гидросферных, атмосферных и биологических процессов.

Общеизвестно, что основой жизни общества остается материальное производство. Производительные силы образуют ведущую сторону способа производства, основу развития общества. Каждой ступени развития производительных сил соответствуют определенные производственные отношения, выступающие в качестве общественной формы их движения.

Главная производительная сила общества — это сами люди,

участники общественного производства — трудящиеся массы, рабочие. Порождением разума человека и труда являются вещественные элементы производительных сил — средства производства и средства потребления. Средства производства состоят из средств труда и предметов труда. Важнейшая часть средств труда — это орудия труда (инструменты, механизмы, машины и т.д.). Средства производства образуют материально-техническую базу, производительное богатство общества. Рост вооруженности работника средствами производства и развитие его рабочей силы являются главными факторами исторического процесса повышения производительности труда, ибо труд должен давать прибыль (прибавочную стоимость). Качественно новая форма производительных сил - использование науки для освоения природных богатств и превращения науки в непосредственную производительную силу общества. Однако реализация всего сказанного .может быть успешной, если общество будет очень вни­мательно, доброжелательно и бережно относиться к каждому человеку.

В результате эволюционного развития материи на планете Земля около 2,5 миллионов лет тому назад появился примат человека. Прошло еще много времени и лишь около 40 тысяч лет назад человек превратился в человека разумного (homo sapiens). Использование орудий труда позволило человеку стать хозяином Земли. Появление орудий умственного труда и развитие техники вообще позволило ему выйти за пределы земного шара и овладеть ближайшим космическим пространством. В будущем человек посетит все планеты и проникнет даже за пределы Солнечной системы. Техника позволила человеку приступить к переделке природы Земли. Построены каналы, созданы новые моря, пробиты в горах новые туннели, в пустынях возникают сады. Правда, к сожалению, наблюдаются и отрицательные явления: погибают отдельные виды животного мира, загрязняется атмосфера. Но в целом преобразования происходят в соответствии с по­требностями человеческого общества. Нет сомнения, что с течением времени человек начнет переделывать Вселенную. Создание новых небесных тел - искусственных спутников - является лишь первым шагом в этом направлении. Выход нашей цивилизации за пределы Земли является важнейшим итогом развития 50-60-х годов XX века. Нет сомнения, что продолжение деятельности человечества в этом направлении окажет огромное влияние на дальнейший прогресс человеческого общества.

Человеческое общество в своем развитии вынуждено решать многие проблемы, в частности, одной из них является народонаселение. К началу новой эры число жителей на планете Земля достигло 300-400 миллионов человек, к 1800 году - 1 миллиард, к 1930 - 2 миллиарда, к 1960 году - 3 миллиарда, к 1987 году — 5 миллиардов. В настоящее время общая численность человечества (> 6,0 млрд) продолжает расти, хотя рост замедляется и составляет 1,6% в год, вместо, например, 2,1% в 1971 году. Народонаселение может расти только в том случае, если рождаемость на одну женщину составляет в среднем немного более двух детей за жизнь. В настоящее время эта цифра для всей Земли составляет 3,2 и продолжает медленно падать. Рекорд низкой рождаемости сейчас удерживают Италия и Испания, где на каждую женщину приходится 1,2 ребенка. В России сейчас «среднестатистическая» женщина производит на свет по 1,3 ребенка, а в 50-х годах эта цифра составляла 3,0. Сказались проблемы перестройки всего привычного уклада жизни, неуверенность в будущем для своих детей, пересмотр давно усвоенных ценностей и другие. Но не от одной рождаемости зависит рост народонаселения. Дело еще и в смертности, т.е. в продолжительности жизни. Если средняя продолжительность жизни растет быстрее, чем падает рождаемость, то рост населения продолжается. Рекорда ожидаемой продолжительности жизни достиг­ла сейчас Япония: средний японец имеет шансы дожить до 76 лет, а японка - до 82. У нас средняя продолжительность жизни мужчин сейчас 58,6 года, женщин - лет на десять дольше.

Ученые считают, что человечество сейчас совершило так называемый демографический переход от высокой рождаемости с высокой смертностью к низким значениям обеих величин. Смертность начинает падать первой, когда улучшаются условия жизни, питание, гигиена, медицина, уход за новорожденными. Затем люди начинают понимать, что для обеспечения спокойной старости родителей и надежного продолжения рода, лучше иметь меньше детей, зато дать им лучшее воспитание и образование. Тогда снижается и рождаемость. Если при низкой смертности сохранится довольно высокая рождаемость, в 2050 году нас будет 15 миллиардов. При обратном положении вещей - только 8 миллиардов. Но самым вероятным считается средний вариант: около 9 миллиардов с дальнейшей стабилизацией. Замечено, что процессы индустриализации и электрификации приводят к снижению рождаемости.

Невольно возникает вопрос: а сколько всего людей могли бы жить благополучно на Земле при достигнутом уровне технологии? Давайте приближенно попробуем оценить возможности Земли. Вообразим, что на всей поверхности суши, пригодной для проживания, уже сейчас удалось достичь в среднем такой же производительности сельского хозяйства и такого же качества питания, которое сегодня достигнуто в США. Подсчитаем, как много народа в этом случае могло бы жить на Земле?

Общая площадь поверхности земного шара S=4nR , где R=6370 км. S = 4∙3, 14∙6370² 490 млн км². Более 2/3 площади земного шара занимает поверхность воды. На сушу приходится лишь 149 млн. квадратных километров. По меньшей мере 30% этой поверхности занимает Антарктида, а так же арктические, пустынные и горные районы, в которых эффективно заниматься сельским хозяйством практически невозможно. Таким образом, для проживания людей остается примерно 100 млн. квадратных километров. В таких городах, как Москва, Нью-Йорк на человека в среднем приходится около 100 квадратных метра земной поверхности. Эта площадь включает жилые дома, промышленные предприятия, банки, магазины, кинотеатры, учебные заведения и т.п.

Для перемещения людей и товаров нужны дороги. Если обеспеченность дорогами повсюду была такая же, как в России, а у нас она не самая лучшая, то на каждого человека пришлось бы затратить еще 100 квадратных метров.

В США для обеспечения одного человека животной пищей используется около 12000 квадратных метров пастбищ и сенокосов, а для обеспечения растительной пищей - порядка 4600 квадратных метров полей и садов.

Кроме продуктов питания, людям необходим лес. Он производит приблизительно 60% кислорода (остальное вырабатывает планктон океана и другая растительность). Взрослый человек в* сутки потребляет около 1 килограмма кислорода. Примерно столько же нужно домашним животным, которые обеспечивают нормальное питание одного человека. В 10 раз больше отбирается кислорода из атмосферы для сжигания топлива. Чтобы эти затраты восстановить, требуется ориентировочно 700 квадратных метров леса. В сумме все это составит 17500 квадратных метров - такую территорию нужно иметь для каждого человека, чтобы обеспечить его кислородом для дыхания, снабдить промышленными товарами на сегодняшнем уровне и прокормить по современным средним американским

нормам. Это означает, что на одном квадратном км могут жить 57 человек, а на всей Земле - 5,7 миллиарда человек.

Сейчас на Земле проживает 6,0 миллиардов человек. То есть мы вплотную подошли к той границе, за которой даже теоретически не удается предоставить всем нормальные по современным понятиям условия жизни. Перед нами встала проблема дефицита земной поверхности, а этот дар Божий мы увеличить не сможем!

Конечно, здесь приведены очень приближенные расчеты. Уточненные расчеты могут показать, что критический рубеж несколько больше или меньше. Прискорбно то, что столь мрачная граница обязательно окажется пройденной при жизни нашего поколения. И если не принять всем миром немедленно самые решительные меры, то дальше ситуация будет стремительно ухудшаться.

Симптомы предстоящего глобального ухудшения условий жизни уже дали о себе знать. В связи с ростом населения средняя площадь посевов зерновых культур, приходящаяся на одного человека, уменьшилась за последние 30 лет на одну треть. Несмотря на значительные успехи в выведении новых сортов, применение удобрений и ирригации, производство зерновых на душу населения в 80-е годы стало сокращаться.

Конечно, потенциальные возможности у разных стран разные, по­этому и острота проблемы будет проявляться по-разному. Сегодня по плотности населения страны очень сильно отличаются друг от друга. Так в России на 1 квадратном километре в среднем проживает 12 человек, в США - 25,9, в Испании - 76,8, в Китае - 113, в Индии -237, в Бангладеш - 712.

Совершенно очевидно, что нарастание различий в условиях жизни в разных регионах Земли может вызвать массовую миграцию населения и связанные с этой миграцией конфликты. Проблемы сохранения жизни людей на Земле связаны не только с объемами производства пищи я кислорода, но и с качеством всего того, что обеспечивает жизнедеятельность (натуральная пища, природный чистый воздух и т.д.). Сама жизнь обязывает нас рассматривать вопросы восстановления и защиты природы (экологические) как первоочередные. В ближайший период времени в глобальных масштабах необходимо договориться по многим вопросам рациональной эксплуатации планеты Земля, перейти к стабилизации населения и планированию семьи из 2-х детей не более, достигнуть уровня самодостаточности в зерне и многое другое.