Содержание
Происхождение Солнечной системы. Гипотезы Канта, Лапласа и Джинса. Современные представления о происхождении и эволюции Солнечной системы.
Понятие о космогонии
• Вопросы происхождения и эволюции небесных тел изучаются в особом разделе астрономической науки,
который называется космогонией.
• Космогонические проблемы имеют большое значение для развития научного мировоззрения в целом и, т.о.,
они интересуют не только астрономов.
• Вместе с тем космогонические проблемы относятся к числу наиболее трудных астрономических задач.
• Проблема происхождения Солнечной системы относится к разделу планетной космогонии.
Основная гипотеза происхождения Солнечной системы
• Строение Солнечной системы обладает рядом закономерностей, указывающих на совместное образование всех планет и Солнца в едином процессе. Такими закономерностями являются:
1. Движение всех планет в одном направлении по эллиптическим орбитам, лежащим почти в одной плоскости.
2. Вращение Солнца в том же направлении вокруг оси, близкой к перпендикуляру к центральной плоскости планетной системы.
3. Осевое вращение в том же направлении большинства планет (за исключением Венеры и Урана).
4. Обращение в том же направлении большинства спутников планет.
5. Закономерное возрастание расстояний планет от Солнца.
6. Деление планет на родственные группы, отличающиеся по массе, химическому составу и количеству спутников.
Гипотезы Канта и Лапласа
• Ранние гипотезы происхождения Солнечной системы, одна из которых принадлежит Канту (1755), заключались в том, что Солнечная система образовалась из облака газа и пыли. В центре облака возникло Солнце, в периферийных частях – планеты.
• В 1796 г. Лаплас высказал предположение, что в процессе образования планет большую роль может играть вращение первичной туманности.
• При сжатии планетной туманности массой М на элемент массой m действуют две силы: сила тяжести Fт и центробежная сила Fцб: 
• Центробежная сила при сжатии растёт быстрее, чем сила тяжести, а при их равенстве возникает т.н. ротационная неустойчивость, при которой туманность сплющивается, и с её экватора отделяется вещество. Из выброшенного вещества вокруг туманности образуются плоские кольца. Лаплас полагал, что газ, выброшенный из туманности, впоследствии конденсируется в планеты.
Гипотеза Джинса
• Неполнота гипотезы Канта – Лапласа заключается в следующем:
• В Солнечной системе 98% момента количества движения принадлежит планетам и только 2% – Солнцу. Если же момент количества движения отнести к единице массы (удельный угловой момент), то различие получается уже не в 50, а в 50 000 раз. Гипотезы Канта и Лапласа в их классической форме этого объяснить не могли, т.к. в первичной туманности перед началом сжатия все элементы равноправны и имеют одинаковые угловые скорости.
• В начале XX века Джинс предложил другую космогоническую гипотезу, которая как будто бы позволяла обойти эту трудность. В гипотезе Джинса предполагалось, что Солнце, как и другие звёзды, сформировались без планетной системы, а планетная система сформировалась только в результате катастрофы: другая звезда прошла рядом с Солнцем настолько близко, что вырвала из него часть вещества, в результате конденсации
которого образовались планеты.
Возражения против гипотезы Джинса следующие:
Вероятность достаточно близкого прохождения звёзд очень мала. Удельный угловой момент выброшенного из Солнца вещества не может быть больше, чем соответствующий угловой момент проходящей мимо звезды. Т.о., для образования Солнечной системы по Джинсу необходимо, чтобы Солнце и другая звезда встретились со скоростью около 5 000 км/с, что на порядок больше, чем параболическая скорость в Галактике (300 км/с).
Спектральный анализ показывает, что содержание лития и дейтерия на Солнце гораздо меньше, чем на Земле. Литий и дейтерий «выгорают» на Солнце в результате ядерных реакций, и если на планетах их больше, то это
означает, что планетное вещество отделилось от солнечного еще до того, как последнем начались ядерные реакции. Расчёт показывает, что для остывания и конденсации вырванного из Солнца газа необходимо несколько месяцев, а для разлёта газа – всего несколько часов.
Основные этапы происхождения и эволюции Солнечной системы
• Звёзды солнечного типа образуются в газопылевых комплексах с массой ≥ 105M(Солнца).
• Известный пример такого комплекса – туманность Ориона, в которой идёт активное
звёздообразование.
• Возможно, и Солнце образовалось вместе с группой звёзд в ходе перемежающихся процессов сжатия и фрагментации подобной туманности.
Первый этап:
• Уплотнение облака межзвёздного вещества, состоящего из молекул (Н2, Н2О, ОН и др.) и пыли. • Возможно, что это уплотнение началось в результате взрыва сверхновой (СН) звезды под действием ударной волны, которая распространилась от неё во все стороны.
• Продукты этого взрыва проникли в межзвёздную пыль, которая вошла впоследствии в состав углистых хондритов. Следы этих продуктов обнаруживаются при тонком химическом и изотопном анализе этих метеоритов.
• Неоднородное сжатие продолжается в течение 102 – 103 лет.
Второй этап (a)
• Если в некотором объёме, заполненном газом и пылью, масса вещества превысит определённую критическую величину (порядка массы звезды), то оно начнёт сжиматься по действием
силы тяготения – происходит гравитационный коллапс.
• Начавшее сжиматься массивное облако, участвующее в общем вращении Галактики, не может сжаться до высокой плотности из-за большого момента количества движения. Поэтому облако распадается на фрагменты, один из которых впоследствии порождает Солнце и Солнечную систему. Часть момента вращения при этом переходит в момент относительного движения фрагментов.
Второй этап (b)
• В центре сжимающегося фрагмента образуется сгущение пыли и газа, которое является ядром аккреции.
• Процесс аккреции – это захват окружающей разреженной среды, приток которой постепенно
увеличивает массу ядра.
• Гравитационный коллапс продолжается в течение 103 – 105 лет.
Третий этап (a)
• Когда масса центрального сгущения достигает ~0,1M(Солнца), вещество становится непрозрачным, температура возрастает и пыль испаряется. Это происходит через 104–105 лет после начала сжатия фрагмента.
• Вскоре после испарения пыли происходит диссоциация молекулярного водорода.
• Центральное сгущение сжимается, образуя газовую протозвезду – Протосолнце (ПС). Формирование протозвезды происходит всего за 10–100 лет.
Третий этап (b)
• Аккреция межзвёздного вещества Протосолнцем продолжается, его масса и радиус увеличиваются. Ещё примерно через 105 лет масса достигает современного значения, а радиус
становится примерно в 100 раз больше современного.
• Приток межзвёздного вещества прекращается. Начинается стадия гравитационного сжатия Протосолнца.
• В течение этого периода уже существует дискообразная газопылевая протопланетная туманность, центром которой является Протосолнце.
Третий этап (c)
• Протопланетная туманность формируется благодаря ротационной неустойчивости одновременно с Протосолнцем, но продолжает расти в процессе дальнейшей аккреции.
• Диск протопланетной туманности приобретает кольцевую структуру. Возможно, уже на этой стадии во внешней части диска начинается формирование планет-гигантов, которое идёт в общих чертах по тому же пути, что и образование Протосолнца, включая образование дисков, из которых впоследствии формируются системы спутников.
Третий этап (d)
• При этом часть пылевого вещества, испарившегося в перед образованием протозвезды, вновь возвращается в твёрдую фазу – происходит процесс конденсации, в котором возникли частицы обычных хондритов, в т.ч. сами хондры.
• Чтобы объяснить наблюдаемое распределение момента количества движения в Солнечной системе, в современных моделях предполагается, что газ в протопланетной туманности является частично ионизированным, а Протосолнце имеет значительное магнитное поле. В результате
взаимодействия плазмы и поля возникают газовые потоки, передающие момент в протопланетную туманность.
Четвёртый этап (a)
• Продолжается гравитационное сжатие Протосолнца. Его размеры уменьшаются, приближаясь к
современным.
• Солнечный ветер, интенсивность которого намного выше, чем в современную эпоху, выметает газ из внутренних областей протопланетной туманности. В результате этого во внутренней части будущей Солнечной системы возникают благоприятные условия для зародышей планет земной группы, а на периферии – газовых планет- гигантов.
Четвёртый этап (b)
• Пылевое вещество протопланетной туманности всё более конденсируется к некоторой средней плоскости. Пылинки сталкиваются всё чаще, появляются всё более крупные частицы. Идёт процесс аккумуляции твёрдых тел. Возникают планетезимали (зародыши планет) – крупные
тела, подобные астероидам.
• Сначала допланетные тела двигались по круговым орбитам в плоскости породившего их пылевого слоя. Они росли, сливаясь друг с другом, и вычерпывали окружающее рассеянное вещество. Гравитационное взаимодействие тел, усиливавшееся по мере их роста, постепенно изменяло их орбиты, увеличивая эксцентриситеты и наклоны к центральной плоскости диска.
Четвёртый этап (c)
Формируются несколько особо крупных тел, которые становятся ядрами аккреции, вокруг которых происходит формирование планет земной группы. При объединении в планеты многих тел произошло усреднение их индивидуальных характеристик движения, и поэтому орбиты
планет получились почти круговыми и копланарными. Количество планетезималей в эту эпоху очень велико. При столкновениях они не только объединяются, но часто и разрушаются. Такие
разрушения порождают дифференцированные метеориты. Этот этап продолжался около 100 млн. лет.
40. Экзапланеты. Методы обнаружения планет у других звёзд.
• Экзопланета (экстрасолнечная планета) — планета, обращающаяся вокруг звезды, отличной от Солнца, то есть не принадлежащая Солнечной системе.
• В настоящее время (октябрь 2011 года) известно 695 экзопланет в 571 планетный системе, причём в 81 обнаружено более одной планеты.
Астрометрический метод обнаружения экзопланет
Астрометрический метод. Т.к. планета и звезда обращаются вокруг общего центра масс, то при массе планеты порядка массы Юпитера и орбитальном периоде около 12 лет амплитуда периодических отклонений близкой (5 пк или 16,3 св. года) звезды от прямолинейной траектории,
обусловленной собственным движением звезды в Галактике, должна составлять около (0,5–1)*10–3". Такая величина слишком мала для того, чтобы быть уверенно зарегистрированной с поверхности Земли.
Затменный метод обнаружения экзопланет
Затменный (транзитный) метод. Ослабление света звезды при прохождении крупной планеты по её диску может достигать около 1%. Т.о., в случае затмения Солнца Юпитером продолжительность затмения составит около 27 часов, а период следования затмений – 12 лет, при глубине затмений ~0,01m. С помощью такого метода открыто более 15% планет.
Гравитационная линза
• Гравитационная линза – массивный объект, искривляющий своим гравитационным полем направление распространения излучения. В результате этого возникают изображения-«духи» или «призраки», причём яркость «призраков» может быть много больше яркости самого линзируемого объекта.
• В качестве источника гравитационной линзы может выступать как светящийся массивный объект, так и тёмный. Во втором случае «призраки» видны особенно отчётливо.
• При микролинзировании звёзд скоплениями тёмных несветящихся тел (нейтронными звёздами, чёрными дырами, коричневыми карликами и др.) угловое разделение «призраков» слишком мало (около 0″,001), и они не наблюдаются раздельно. Однако при этом наблюдается изменение блеска линзируемой звезды, вызванное относительным перемещением звезды, линзы и наблюдателя.
• Повторное наблюдение невозможно. Метод чувствителен к планетам с малой массой, вплоть до земной. С помощью такого метода открыто около 5% планет.
Доплеровский метод обнаружения экзопланет
• Четвёртый способ – доплеровский, основанный на точном измерении доплеровских смещений линий в спектре звезды.
• Точность обычных измерений лучевых скоростей звёзд составляет величину порядка 1 км/с. Скорость орбитального движения Солнца вокруг общего с планетами центра масс ~13 м/с. В эту величину 12,5 м/с вносят гравитационные возмущения от Юпитера и 2,7 м/с – от Сатурна. Вклад остальных планет составляет менее 1 м/с.
• Т.о., для гарантированного обнаружения планеты при помощи доплеровского сдвига спектральных линий излучения, обусловленного возмущением движения звезды, необходима точность измерения лучевой скорости звезды порядка 1 м/с. В настоящее время такая точность уже достигнута, а с помощью такого способа открыто более 80% планет.
В XVIII веке было выдвинуто две основные теории происхождения Земли, которые дополняли друг друга, поэтому в литературе они часто упоминаются под общим названием как гипотеза Канта-Лалласа. Поскольку наука не располагала в то время более приемлемыми объяснениями, у этой теории было в XIX веке множество последователей.[1]
- В 1755 году немецкий философ Иммануил Кант сформулировал теорию, согласно которой солнечная система возникла из некой первичной материи, до того свободно рассеянной в космосе. Частицы этой материи перемещались в различных направлениях и, сталкиваясь друг с другом, теряли скорость. Наиболее тяжелые и плотные из них под действием силы притяжения соединялись друг с другом, образуя центральный сгусток — Солнце, которое, в свою очередь, притягивало более удаленные, мелкие и легкие частицы. Таким образом, возникло некоторое количество вращающихся тел, траектории которых взаимно пересекались. Часть этих тел, первоначально двигавшихся в противоположных направлениях, в конечном счете, были втянуты в единый поток и образовали кольца газообразной материи, расположенные приблизительно в одной плоскости и вращающиеся вокруг Солнца в одном направлении, не мешая друг другу. В отдельных кольцах образовывались более плотные ядра, к которым постепенно притягивались более легкие частицы, формируя шаровидные скопления материи.
Так складывались планеты, которые продолжали кружить вокруг Солнца в той же плоскости, что и первоначальные кольца газообразного вещества.
- В 1796 году французский математик и астроном Пьер-Симон Лаплас выдвинул теорию, согласно которой Солнце существовало первоначально в виде огромной раскаленной газообразной туманности («небулы») с незначительной плотностью, но зато колоссальных размеров. Эта туманность первоначально медленно вращалась в пространстве. Под влиянием сил гравитации она постепенно сжималась, причем скорость ее вращения увеличивалась. Возрастающая в результате центробежная сила придавала туманности уплощенную, а затем и линзовидную форму. В экваториальной плоскости туманности соотношение между притяжением и центробежной силой изменялось в пользу последней, так что в конечном счете, масса вещества, скопившегося в экваториальной зоне туманности, отделилась от остального тела и образовала кольцо. От продолжавшей вращаться туманности последовательно отделялись все новые кольца, которые, конденсируясь в определенных точках, постепенно превращались в планеты и другие тела солнечной системы. В общей сложности от первоначальной туманности отделилось десять колец, распавшихся на девять планет и пояс астероидов — мелких небесных тел. Спутники отдельных планет сложились из вещества вторичных колец, оторвавшихся от раскаленной газообразной массы планет. Вследствие продолжавшегося уплотнения материи температура новообразованных тел была исключительно высокой. В то время и наша Земля представляла собой раскаленный газообразный шар, светившийся подобно звезде. Постепенно, однако, этот шар остывал, его материя переходила в жидкое состояние, а затем, по мере дальнейшего охлаждения, на его поверхности стала образовываться твердая кора. Эта кора была окутана тяжелыми атмосферными парами, из которых при остывании конденсировалась вода.
Прочие статьи:
Космогоническая гипотеза Лапласа
Подробности Категория: Глубины Вселенной Опубликовано 01.11.2012 14:15 Просмотров: 4643
Гипотеза Лапласа-Роша является одной их космогонических гипотез.
Космогония — область науки, в которой изучается происхождение и развитие космических тел и их систем: звёзд и звёздных скоплений, галактик, туманностей, Солнечной системы и всех входящих в неё тел — Солнца, планет (включая Землю), их спутников, астероидов (или малых планет), комет, метеоритов.
Изучение космогонических процессов является одной из главных задач астрофизики. Поскольку все небесные тела возникают и развиваются, идеи об их эволюции тесно связаны с представлениями о природе этих тел вообще. Цель космогонических гипотез — объяснить однообразие движения и состава небесных тел. Они исходят из понятия о первоначальном состоянии материи, заполняющей всё пространство, которой присущи известные свойства, вызывающие все дальнейшие эволюции. Известны космогонические гипотезы Канта, Лапласа-Роша, Фая, Джинса, Фесенкова и др., а также космологические парадоксы. Следует знать, что эти гипотезы — лишь образец того, как могли бы развиться системы, подобные Солнечной. Единой и окончательной теории образования звезд, планет и галактик пока не существует.
Итак, гипотеза Лапласа-Роша
Двойное название гипотеза получила по причине того, что Лаплас свою гипотезу основывал на работах Роша. Эдуард-Альберт Рош в 1873 году дал математические обоснование гипотезы Лапласа, детально рассмотрел процесс формирования планет, спутников, астероидов.
Эта гипотеза касается только Солнечной системы.
Первичная туманность (газообразная раскаленная атмосфера Солнца) простиралась далеко за пределы нынешней планетной системы. Солнце образовалось из довольно плотного сгущения в центре. Вся планетарная система подобна туманным звездам или планетарным туманностям с центральным сгущением. Солнцу и его атмосфере присуще равномерное вращение изначально. Атмосфера ограничена поверхностью, где центробежная сила уравновешена притяжением центрального ядра и всей атмосферы. Под влиянием притяжения атмосфера сжимается. Тогда вращение ускоряется; увеличивается центробежная сила; поверхность равновесия обеих сил отступает внутрь всей массы, и слой туманной материи должен отделиться под экватором в виде туманного вращающегося кольца. При этом частицы, которые были расположены вне экватора, стекают к нему; но, обладая недостаточными скоростями, чтобы оторваться от общей массы, впитываются обратно в туманность и образуют эллиптические потоки около солнца внутри самой атмосферы, образуют внутренние туманные кольца. Часть их падает на Солнце и увеличивает его массу. Каждое кольцо сбивается в один ком — будущую планету. Вращение планет вокруг осей было первоначально обратно движению планет вокруг Солнца, но образуются приливы, вызванные Солнцем в планетной массе. Трение их постепенно замедляет это обратное вращение, наступает момент, когда вращение исчезает, а затем, в благоприятных случаях, может получиться прямое вращение. Приливы на Уране и Нептуне слишком малы, чтобы уничтожить их первоначальное обратное вращение. Период обращения планеты около Солнца равен времени вращения атмосферы Солнца в момент выделения кольца. Внутренние же кольца объясняют быстрое обращение спутников Марса и колец Сатурна. Образование спутников идет в каждой планетной массе совершенно аналогично образованию самих планет. Приливы препятствуют образованию спутников второго порядка. Гельмгольц ввел в гипотезу Лапласа-Роша закон сохранения энергии, и указал на сжатие как на единственно достаточный источник лучистой энергии солнца.
Недостатки теории Лапласа-Роша:
- Плотность первичной туманности должна быть так мала, что она не могла бы вращаться как твердое тело (равномерно).
- Отрыв вещества не может происходить скачками и только в экваториальной плоскости, а должен происходить либо квазинепрерывно, либо центрально симметрично, как сброс оболочки при образовании планетарной туманности.
- Кольца с массой, равной массе планет, не могли бы сгуститься, а рассеялись бы в пространстве
- Источником энергии Солнца является не сжатие, а термоядерный синтез в солнечных недрах.
Расскажем немного об авторе данной гипотезы.
Пьер-Симон Лаплас
Пьер-Симон Лаплас (1749-1827) — выдающийся французский математик, физик и астроном; известен работами в области небесной механики, дифференциальных уравнений, один из создателей теории вероятностей. Он усовершенствовал почти все отделы математики и астрономии. Был членом Французского Географического общества. Он предложил первую математически обоснованную космогоническую гипотезу образования всех тел Солнечной системы, называемую его именем: гипотеза Лапласа. Он также первый высказал предположение, что некоторые наблюдаемые на небе туманности на самом деле — галактики, подобные нашему Млечному Пути.
Родился Лаплас в крестьянской семье. Состоятельные соседи помогли способному мальчику поступить в университет города Кан (Нормандия).
Способности юноши были оценены сразу же после написания им нескольких творческих научных работ, его вскоре пригласили преподавать математику в Военную академию.
Здесь Лаплас сразу приступил к исследованию устойчивости Солнечной системы. Применив математический анализ, Лаплас доказал, что орбиты планет устойчивы, и их среднее расстояние от Солнца не меняется от взаимного влияния (хотя испытывает периодические колебания). Даже Ньютон и Эйлер не были в этом уверены. Правда, позже выяснилось, что Лаплас не принял во внимание приливное трение, замедляющее вращение, и другие важные факторы.
За эту работу 24-летний Лаплас был избран членом (адъюнктом) Парижской Академии наук. Простонародное происхождение Лапласа не только предохранило его от репрессий революции, но и позволило занимать высокие должности. В 1785 г. Лаплас на одном из экзаменов высоко оценивает знания 17-летнего абитуриента Бонапарта, и впоследствии у них сохранились теплые отношения.
Он пишет монографию «Небесная механика» в 5 томах, которая стала настольной книгой астрономов XIX века. В этой монографии он дал всесторонний анализ известных движений тел Солнечной системы на основе закона всемирного тяготения и доказал её устойчивость в смысле практической неизменности средних расстояний планет от Солнца и незначительности колебаний остальных элементов их орбит. В одном из примечаний к этой книге Лаплас мимоходом изложил знаменитую гипотезу о происхождении Солнечной системы из газовой туманности.
Современники отмечали доброжелательность Лапласа по отношению к молодым учёным, всегдашнюю готовность оказать помощь. Наполеон наградил Лапласа титулом графа Империи и всеми мыслимыми орденами и должностями. Лаплас известен также своими достижениями и открытиями в математике, физике и философии.
Глава 1. Гипотезы происхождения Земли
12Следующая ⇒
Введение
Земля – третья по порядку от Солнца планета в Солнечной системе. Она занимает пятое место по размеру и массе среди больших планет, но из внутренних планет так называемой «земной» группы, в которую входят Меркурий, Венера, Земля и Марс, она является самой крупной.
Состав и строение Земли в последние десятилетия продолжают оставаться одной из наиболее интригующих проблем современной геологии. Знания о внутреннем строении Земли пока очень поверхностны, так как получены на основании косвенных доказательств. Прямые свидетельства относятся только к поверхностной пленке планеты, чаще всего не превышающей полутора десятков километров. Помимо этого, важно изучать положение планеты Земля в космическом пространстве. Во-первых, чтобы понять закономерности и механизм развития Земли и земной коры, надо знать исходное состояние Земли при ее формировании. Во-вторых, изучение других планет доставляет ценнейший материал для познания ранних стадий развития нашей планеты. И, в-третьих, сравнение строения и эволюции Земли с другими планетами Солнечной системы позволяет понять, почему именно Земля стала родиной человечества.
Изучение внутреннего строения Земли актуально и жизненно важно. С ним связаны образование и размещение многих видов полезных ископаемых, рельефа земной поверхности, возникновение вулканов и землетрясений. Знания о строении Земли необходимы и для составления геологических и географических прогнозов.
Глава 1. Гипотезы происхождения Земли
На протяжении многих веков вопрос о происхождении Земли оставался монополией философов, так как фактический материал в этой области почти полностью отсутствовал. Первые научные гипотезы относительно происхождения Земли и Солнечной системы, основанные на астрономических наблюдениях, были выдвинуты только лишь в XVIII веке.
С тех пор не переставали появляться все новые и новые теории, соответственно росту наших космогонических представлений[1].
Одна из первых гипотез была высказана в 1745 году французским естествоиспытателем Ж. Бюффоном. Согласно гипотезе, наша планета образовалась в результате остывания одного из сгустков солнечного вещества, выброшенного Солнцем при катастрофическом столкновении его с крупной кометой[2].
Мысль Бюффона об образовании Земли из солнечной плазмы была использована в целой серии более поздних и совершенных гипотез «горячего» происхождения Земли. Ведущее место занимает небулярная гипотеза, разработанная немецким философом И. Кантом в 1755 г. и французским математиком П. Лапласом в 1796 г. независимо друг от друга (рис.1). Согласно гипотезе, Солнечная система образовалась из единой раскаленной газовой туманности. Вращение вокруг оси обусловило дискообразную форму туманности. После того, как центробежная сила в экваториальной части туманности превысила силу тяготения, по всей периферии диска начали отделяться газовые кольца. Их остывание привело к формированию планет и их спутников, а из ядра туманности возникло Солнце[3].
Рис. 1. Небулярная гипотеза Лапласа. На этом рисунке наглядно представлено сгущение вращающейся газовой туманности в Солнце, планеты и астероиды
Гипотеза Лапласа была научной, поскольку основывалась на законах природы, известных из опыта. Однако после Лапласа были открыты новые явления в Солнечной системе, которые его теория не могла объяснить. Например, оказалось, что планеты Уран, Венера вращаются вокруг своей оси не в ту сторону, куда вращаются остальные планеты. Были лучше изучены свойства газов и особенности движения планет и их спутников. Эти явления также не согласовывались с гипотезой Лапласа и от нее пришлось отказаться.
Определенным этапом в развитии взглядов на образование Солнечной системы была гипотеза английского астрофизика Джеймса Джинса (рис.2). Он считал, что планеты образовались в результате катастрофы: какая-то относительно большая звезда прошла совсем близко от уже существовавшего Солнца, следствием чего явился выброс из поверхностных слоев Солнца струи газа, из которых впоследствии образовались планеты. Но гипотеза Джинса, так же как гипотеза Канта-Лапласа, не может объяснить несоответствие в распределении момента количества движения между планетами и Солнцем[1].
Рис. 2. Образование солнечной системы по Джинсу
Принципиально новая идея заложена в гипотезах «холодного» происхождения Земли. Наиболее глубоко разработана метеоритная гипотеза, предложенная советским ученым О. Ю. Шмидтом в 1944 г (рис.3). Согласно гипотезе, несколько миллиардов лет тому назад «наше» Солнце встретило при своем движении во Вселенной большую газопылевую туманность. Значительная часть туманности последовала за Солнцем и стала вращаться вокруг него. Отдельные мелкие частицы слипались в крупные сгустки. Сгустки по мере своего движения также сталкивались друг с другом и обрастали все новым материалом, образуя плотные комья – зародыши будущих планет[2].
Рис. 3. Образование солнечной системы по метеоритной гипотезе
О. Ю. Шмидта
По О. Ю. Шмидту, в период формирования Земли ее поверхность оставалась холодной, сгустки сжимались, за счет этого начался процесс самогравитации вещества, внутренняя часть постепенно нагревалась от тепла, выделяемого при распаде радиоактивных элементов. С годами у гипотезы Шмидта появилось много слабых сторон, одна из них – это предположение о захвате Солнцем части встретившегося газопылевого облака. Исходя из закона механики, для захвата Солнцем вещества необходимо было полностью остановить это вещество, а Солнце должно было обладать громадной силой притяжения, способной остановить это облако и притянуть его к себе. К недостаткам метеоритной гипотезы относится малая вероятность захвата Солнцем газово – пылевого (метеоритного) облака и отсутствие объяснения концентрического внутреннего строения Земли [3].
Со временем сложилось еще много теорий, касающихся происхождения Земли и Солнечной системы в целом. На основе взглядов О.Ю. Шмидта (1944), В. Амбарцумяна (1947), B.C. Сафронова (1969) и других ученых сформировалась современная теория планетарного образования Земли и других планет Солнечной системы (рис. 4). Причиной появления планет нашей системы явился взрыв сверхновой звезды. Ударная волна от взрыва около 5 млрд лет назад сильно сжала газопылевую туманность. Концентрация материального вещества (пыли, смесей газов, водорода, гелия, углерода, тяжелых металлов, сульфидов) оказалась настолько значительной, что это привело к началу термоядерного синтеза, росту температуры, давлению, появлению явления самогравитации в первичном Солнце и зарождению протопланет [4].
Рис. 4. Образование солнечной системы (современная теория)
1 – взрыв сверхновой звезды порождает ударные волны, воздействующие на газопылевое облако; 2 – газопылевое облако начинает фрагментироваться и сплющиваться, закручиваясь при этом; 3 – первичная солнечная небула (туманность); 4 – образование Солнца и гигантских, богатых газом планет – Юпитера и Сатурна; 5 – ионизированный газ – солнечный ветер сдувает газ из внутренней зоны системы и с мелких планетезималей; 6 – образование внутренних планет из планетезималей в течение 100 млн лет и формирование облаков Оорта, состоящих из комет
Первичная Земля оказалось связана с Луной приливными взаимодействиями. Луна определила наклон оси ее вращения своей орбитой и массой и обусловила климатическую зональность Земли, возникновение электрического и магнитного полей [4].
После образования земного ядра (на границе архея и протерозоя), содержащего около 63% современной массы, дальнейший рост Земли происходил уже более спокойно и равномерно по тектономагматическим циклам. Таких циклов ученые-тектонисты насчитали около 14. Значительная тектоническая активность на Земле наблюдалась около 2,6 млрд лет назад, перемещение литосферных плит в то время происходило со скоростью 2-3 м в год. Поверхность Земли была окутана плотной углекисло-азотной атмосферой с давлением до 4-5 атм. и температурой до +30…+100 °С. Возник первый неглубокий Мировой океан, дно которого было покрыто базальтами и серпентинитом[3].
В раннем протерозое произошло насыщение первичной водой третьего (серпентинитового) слоя океанической коры. Это сразу сказалось на снижении давления углекислого газа в первичной атмосфере. В свою очередь, уменьшение углекислого газа в атмосфере привело к резкому снижению температуры на поверхности Земли. Появление кислорода и озонового слоя в атмосфере способствовало формированию биосферы и географической оболочки [5].
Процесс расслоения, дифференциации недр на Земле он происходит и сейчас, обеспечивая существование жидкого внешнего ядра и конвекцию в мантии. Атмосфера и гидросфера возникли в результате конденсации газов, выделявшихся на ранней стадии развития планеты [4].
12Следующая ⇒
Дата добавления: 2017-01-28; просмотров: 1031 | Нарушение авторских прав
Похожая информация:
Поиск на сайте: