Теория образования и исследования тел солнечной системы

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                    

                                                                                          План: 

                     Введение………………………………………………………………………………3

1. Образование солнечной системы……………………………….……….......5
2. Теория образования и исследования тел солнечной системы…9
3. Планетные системы и их эволюция……………………………..11

    Заключение……………………………………………………......................14

  Список литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                 Введение. 

     Звезды - пространственно-обособленные, гравитационно-связанные, непрозрачные для излучения массы вещества в интервале от 10²⁹ до 10³² кг (0,005-100 М_¤ ), в недрах которых в значительных масштабах происходили, происходят или будут происходить термоядерные реакции превращения водорода в гелий.

     В исследованиях переменных звезд  большую роль играет историческая традиция.

     Так, понятие переменной звезды вырабатывалось на интуитивном уровне в течение нескольких столетий. В результате общепринятого строгого определения переменной звезды не существует. Отсутствуют и общепринятые ограничения на минимальную амплитуду изменений блеска звезды, позволяющую считать ее переменной. Изложенные ниже соображения обобщают подход, выработанный на основе опыта составителей "Общего каталога переменных звезд" (ОКПЗ), официального международного справочника по переменным звездам.  
Разумеется, понятие переменной звезды исключает явления кажущейся переменности, обусловленные земной атмосферой.

     Планеты же – небесные тела, которые

1. имеют достаточную массу для того, чтобы их самогравитация превзошла твердотельные силы, т.о. они находятся в гидростатическом равновесии и имеют близкую к шару форму; и
2. обращаются вокруг звезд и при этом не являются ни звездами, ни спутниками планет.
3. Мы проводим различие между 8 классическими планетами, открытыми до 1900 года, которые движутся по почти круговым орбитам вблизи плоскости эклиптики, и остальными планетоподобными объектами, обращающимися вокруг Солнца. Все эти объекты меньше Меркурия. Например, согласно приведенному выше определению астероид Церере относится к планетам. Для того, чтобы отличат Цереру от классических планет мы будем ссылаться на нее как на "карликовую планету" ("dwarf planet")³.
4. Согласно данному определению Плутон, а также несколько крупных недавно открытых транснептуновых объектов, являются планетами. В отличие от классических планет эти объекты сильно наклоненные (к эклиптике) орбиты с высокими эксцентриситетами и орбитальные периоды превосходящие 200 лет. Мы выделяем эти планетарные объекты, прототипом которых является Плутон, в новую категорию, которую будем называть "плутоны".
5. Все не планетарные объекты, обращающиеся вокруг Солнца, относятся к категории "Малых тел Солнечной системы" ("Small Solar System Bodies").

     Земля как одна из планет Солнечной системы  на первый взгляд ничем не примечательна. Это не самая большая, но и не самая  малая из планет. Она не ближе  других к Солнцу, но и не обитает на периферии планетной системы. И всё же Земля обладает одной уникальной особенностью - на ней есть жизнь. Однако при взгляде на Землю из космоса это незаметно. Хорошо видны облака, плавающие в атмосфере. Сквозь просветы в них различимы материки. Большая же часть Земли покрыта океанами.  
Появление жизни, живого вещества - биосферы - на нашей планете явилось следствием её эволюции. Вопрос ранней эволюции Земли тесно связан с теорией её происхождения. Сегодня известно, что наша планета образовалась около 4,6 млрд. лет назад. В процессе формирования Земли из частиц протопланетного облака постепенно увеличивалась её масса. Росли силы тяготения, а следовательно, и скорости частиц, падавших на планету. Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло, и Земля всё сильнее разогревалась. При ударах на ней возникали кратеры, причём выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть земного тяготения и падало обратно.  
Чем крупнее были падавшие тела, тем сильнее они нагревали Землю. Энергия удара освобождалась не на поверхности, а на глубине, равной примерно двум поперечникам внедрившегося тела. А так как основная масса на этом этапе поставлялась планете телами размером в несколько сот километров, то энергия выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучиться в пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура на глубинах 100-1000 км могла приблизиться к точке плавления. Дополнительное повышение температуры, вероятно, вызывал распад короткоживущих радиоактивных изотопов. По-видимому, первые возникшие расплавы представляли собой смесь жидких железа, никеля и серы. Расплав накапливался, а затем вследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро.  
В свою очередь биосфера оказала значительное влияние на весь дальнейший ход природных процессов. Так, не будь жизни на Земле, химический состав её атмосферы был бы совершенно иным.  
Несомненно, всестороннее изучение Земли имеет громадное значение для человечества, но знания о ней служат также своеобразной отправной точкой при изучении остальных планет земной группы.          
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Образование солнечной системы .

     Как и в случае со Вселенной, современное  естествознание не дает точного описания этого процесса. Но современная наука решительно отвергает допущение о случайном образовании и исключительном характере образования планетных систем. Современная астрономия дает серьезные аргументы в пользу наличия планетных систем у многих звезд. Так, примерно у 10% звезд, находящихся в окрестностях Солнца, обнаружено избыточное инфракрасное излучение. Очевидно, это связано с присутствием вокруг таких звезд пылевых дисков, которые, возможно, являются начальным этапом формирования планетных систем.

     На  протяжении нескольких лет канадскими учеными измерялись очень слабые периодические изменения скорости движения шестнадцати звезд. Такие изменения возникают из-за возмущения движения звезды под действием гравитационно-связанного с ней тела, размеры которого много меньше, чем у самой звезды. Обработка данных показала, что у десяти из шестнадцати звезд изменения скорости указывают на наличие около них планетных спутников, масса которых превышает массу Юпитера. Можно предполагать, что существование крупного спутника типа Юпитера, по аналогии с Солнечной системой, указывает на большую вероятность существования и семейства более мелких планет. Наиболее вероятное существование планетных систем отмечено у ипсилона Эридана и гаммы Цефея.

     Но  следует отметить, что одиночные  звезды типа Солнца - явление не столь уж частое, обычно они составляют кратные системы. Нет уверенности, что планетные системы могут образовываться в таких звездных системах, а если они в них возникают, то условия на таких планетах могут оказаться нестабильными, что не способствует появлению жизни.

         О механизме образования планет, в частности, в Солнечной системе,  также нет общепризнанных заключении. Солнечная система образовалась  примерно 5 млрд. лет назад, причем  Солнце - звезда второго (или еще  более позднего) поколения. Так  что Солнечная система возникла на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущего поколения, скапливавшихся в газопылевых облаках. 
Вообще, сегодня мы больше знаем о происхождении и эволюции звезд, чем о происхождении собственной планетной системы, что не удивительно: звезд много, а известная нам планетная система - одна. Накопление информации о Солнечной системе еще далеко от завершения. Сегодня мы видим ее совершенно иначе, чем даже тридцать лет назад.

     И нет гарантии, что завтра не появятся какие-то новые факты, которые перевернут все наши представления о процессе ее образования.

     Сегодня существует довольно много гипотез  образования Солнечной системы. В качестве примера изложим гипотезу шведских астрономов X. Альвена и  Г. Аррениуса. Они исходили из предположения, что в природе существует единый механизм планетообразования, действие которого проявляется и в случае образования планет около звезды, и в случае появления планет-спутников около планеты. Для объяснения этого они привлекают совокупность различных сил - гравитацию, магнитогидродинамику, электромагнетизм, плазменные процессы.

     К моменту, когда начали образовываться планеты, центральное тело системы  уже существовало. Чтобы образовать планетную систему, центральное  тело должно обладать магнитным полем, уровень которого превышает определенное критическое значение, а пространство в его окрестностях должно быть заполнено разреженной плазмой. Без этого процесс планетообразования невозможен.

     Солнце  имеет магнитное поле. Источником же плазмы служила корона молодого Солнца. Сегодня она стала меньше. Но даже сейчас планеты земной группы (Меркурий. Венера, Земля, Марс) практически погружены в разреженную атмосферу Солнца, а солнечный ветер доносит ее частицы и к более далеким планетам. Так что, возможно, корона молодого Солнца распространялась до современной орбиты Плутона.

     Альвен  и Аррениус отказались от традиционного  допущения об образовании Солнца и планет из одного массива вещества, в одном нераздельном процессе. Они  считают, что сначала из газопылевого облака возникает первичное тело, затем к нему извне поступает материал для образования вторичных тел. Мощное гравитационное воздействие центрального тела притягивает поток газовых и пылевых частиц, пронизывающих пространство, которому предстоит стать областью образования вторичных тел.

     Для такого утверждения есть основания. Были подведены итоги многолетнего изучения изотопного состава вещества метеоритов, Солнца, Земли. Обнаружены отклонения в изотопном составе ряда элементов, содержащихся в метеоритах и земных породах, от изотопного состава тех же элементов на Солнце. Это говорит о различном происхождении этих элементов. Отсюда следует, что основная масса вещества Солнечной системы поступила из одного газопылевого облака и из него образовалось Солнце. Значительно меньшая часть вещества с другим изотопным составом поступила из другого газопылевого облака, и она послужила материалом для формирования метеоритов и частично планет. Смешение двух газопылевых облаков произошло примерно 4,5 млрд. лет назад, что и положило начало образованию Солнечной системы.

     Молодое Солнце, предположительно обладавшее значительным магнитным моментом, имело  размеры, превышавшие нынешние, но не доходившие до орбиты Меркурия. Его  окружала гигантская сверхкорона, представлявшая собой разреженную намагниченную плазму. Как и в наши дни с поверхности Солнца вырывались протуберанцы, но выбросы тех лет имели протяженность в сотни миллионов километров и достигали орбиты современного Плутона. Токи в них оценивались в сотни миллионов ампер и больше. Это способствовало стягиванию плазмы в узкие каналы. В них возникали разрывы, пробои, откуда разбегались мощные ударные волны, уплотнявшие плазму на пути их следования. Плазма сверхкороны быстро становилась неоднородной и неравномерной. Поступавшие из внешнего резервуара нейтральные частицы вещества под действием гравитации падали к центральному телу. Но в короне они ионизировались, и в зависимости от химического состава тормозились на разных расстояниях от центрального тела, то есть с самого начала имела место дифференциация допланетного облака по химическому и весовому составу. В конечном счете, выделилось три-четыре концентрических области, плотности частиц в которых примерно на 7 порядков превышали их плотности в промежутках. Это объясняет тот факт, что вблизи Солнца располагаются планеты, которые при относительно малых размерах имеют высокую плотность (от 3 до 5,5 г/см3), а планеты-гиганты имеют намного меньшие плотности (1 -2 г/см3).

     Существование критической скорости, с достижением  которой нейтральная частица, движущаяся ускоренно в разреженной плазме, скачком ионизируется, подтверждается лабораторными экспериментами. Оценочные расчеты показывают, что подобный механизм способен обеспечить накопление необходимого для образования планет вещества за сравнительно короткое время порядка ста миллионов лет.

     Сверхкорона, по мере накопления в ней выпадающего  вещества, начинает отставать в своем  вращении от вращения центрального тела. Стремление выровнять угловые скорости тела и короны заставляет плазму вращаться  быстрее, а центральное тело замедлять свое вращение. Ускорение плазмы увеличивает центробежные силы, оттесняя ее от звезды. Между центральным телом и плазмой образуется область очень низкой плотности вещества. Создается благоприятная обстановка для конденсации нелетучих веществ путем их выпадения из плазмы в виде отдельных зерен. Достигнув определенной массы, зерна получают от плазмы импульс, и далее движутся по кеплеровской орбите, унося с собой часть момента количества движения в Солнечной системе: на долю планет, суммарная масса которых составляет только 0,1% от массы всей системы, приходится 99% суммарного момента количества движения. 
Выпавшие зерна, захватив часть момента количества движения, следуют по пересекающимся эллиптическим орбитам. Множественные соударения между ними собирают эти зерна в большие группы и превращают их орбиты в почти круговые, лежащие в плоскости эклиптики. В конце концов, они собираются в струйный поток, имеющий форму тороида (кольца). Этот струйный поток захватывает все частицы, которые с ним сталкиваются, и уравнивает их скорости со своей. Затем эти зерна слипаются в зародышевые ядра, к которым продолжают прилипать частицы, и они постепенно разрастаются до крупных тел – планетезималий. Их объединение образует планеты. А как только планетные тела оформляются настолько, что возле них появляется достаточно сильное собственное магнитное поле, начинается процесс образования спутников, в миниатюре повторяющий то, что произошло при образовании самих планет около Солнца.