Въпросът е Земята като планета от Слънчевата система. Географски последици от годишното движение на земята

Съдържание

8. Нашата галактика

1. Устройство и състав на Слънчевата система. Две групи планети

Нашата Земя е една от 8-те големи планети, въртящи се около Слънцето. Именно в Слънцето е концентрирана основната част от материята на Слънчевата система. Масата на Слънцето е 750 пъти по-голяма от масата на всички планети и 330 000 пъти по-голяма от масата на Земята. Под въздействието на силата на неговото привличане планетите и всички други тела на Слънчевата система се движат около слънцето.

Разстоянията между Слънцето и планетите са многократно по-големи от техния размер и е почти невъзможно да се начертае такава диаграма, която да наблюдава един мащаб за Слънцето, планетите и разстоянията между тях. Диаметърът на Слънцето е 109 пъти по-голям от този на Земята, а разстоянието между тях е приблизително толкова пъти диаметъра на Слънцето. Освен това разстоянието от Слънцето до последната планета на Слънчевата система (Нептун) е 30 пъти по-голямо от разстоянието до Земята. Ако изобразим нашата планета като кръг с диаметър 1 мм, тогава Слънцето ще бъде на разстояние около 11 м от Земята, а диаметърът му ще бъде приблизително 11 см. Орбитата на Нептун ще бъде показана като кръг с радиус 330 м. рисунка от книгата на Коперник "За кръговрата на небесните кръгове" с други, много приблизителни пропорции.

маса 1

Местоположение и физически характеристики на големите планети

До 2006 г. Плутон се смяташе за най-голямата най-отдалечена от Слънцето планета. Сега, заедно с други обекти с подобен размер - отдавна известни големи астероиди (виж § 4) и обекти, открити в покрайнините на Слънчевата система - той е сред планетите джуджета.

Разделянето на планетите на групи може да се проследи по три характеристики (маса, налягане, въртене), но най-ясно по плътност. Планетите от една и съща група се различават незначително по плътност, докато средната плътност на планетите от земен тип е около 5 пъти по-голяма от средната плътност на планетите гиганти (виж таблица 1).

По-голямата част от масата на планетите от земната група е в твърда материя. Земята и другите планети от земната група се състоят от оксиди и други съединения на тежки химически елементи: желязо, магнезий, алуминий и други метали, както и силиций и други неметали. Четирите най-разпространени елемента в твърдата обвивка на нашата планета (литосфера) - желязо, кислород, силиций и магнезий - представляват над 90% от нейната маса.

Ниската плътност на планетите-гиганти (за Сатурн тя е по-малка от плътността на водата) се обяснява с факта, че те се състоят главно от водород и хелий, които са предимно в газообразно и течно състояние. Атмосферите на тези планети също съдържат водородни съединения - метан и амоняк. Разликите между планетите от двете групи са възникнали още на етапа на тяхното формиране (виж § 5).

От гигантските планети най-добре е изучен Юпитер, на който дори в малък училищен телескоп се виждат множество тъмни и светли ивици, простиращи се успоредно на екватора на планетата. Ето как изглеждат облачните образувания в неговата атмосфера, чиято температура е само -140 ° C, а налягането е приблизително същото като на повърхността на Земята. Червеникаво-кафявият цвят на ивиците очевидно се дължи на факта, че освен кристалите на амоняка, които са в основата на облаците, те съдържат различни примеси. Изображенията, направени от космически кораби, показват следи от интензивни и понякога постоянни атмосферни процеси. И така, повече от 350 години на Юпитер се наблюдава атмосферен вихър, наречен Голямото червено петно. В земната атмосфера циклоните и антициклоните съществуват средно около седмица. Атмосферните течения и облаци са регистрирани от космически кораби на други гигантски планети, въпреки че те са по-слабо развити, отколкото на Юпитер.

Структура. Предполага се, че при приближаване към центъра на планетите гиганти, поради повишаване на налягането, водородът трябва да премине от газообразно в газообразно състояние, в което газообразната и течната му фаза съществуват едновременно. В центъра на Юпитер налягането е милиони пъти по-високо от атмосферното налягане, което съществува на Земята, и водородът придобива свойствата, характерни за металите. В дълбините на Юпитер металният водород, заедно със силикати и метали, образува ядро, което е приблизително 1,5 пъти по-голямо по размер и 10-15 пъти по-голямо по маса от Земята.

Тегло. Всяка от гигантските планети надвишава по маса всички земни планети взети заедно. Най-голямата планета в Слънчевата система - Юпитер е по-голяма от най-голямата планета от земната група - Земята с 11 пъти в диаметър и повече от 300 пъти в маса.

Завъртане. Разликите между планетите от двете групи се проявяват и във факта, че планетите гиганти се въртят по-бързо около оста си, както и в броя на спътниците: има само 3 спътника за 4 планети от земен тип, повече от 120 за 4 планети гиганти. Всички тези спътници се състоят от едни и същи вещества, като планетите от земната група - силикати, оксиди и сулфиди на метали и др., Както и воден (или водно-амонячен) лед. В допълнение към многобройните кратери с метеоритен произход, на повърхността на много спътници са открити тектонични разломи и пукнатини в тяхната кора или ледена покривка. Най-изненадващо се оказа откриването на около дузина активни вулкани на най-близкия до Юпитер спътник Йо. Това е първото надеждно наблюдение на вулканична дейност от земен тип извън нашата планета.

Освен сателити, гигантските планети също имат пръстени, които са струпвания от малки тела. Те са толкова малки, че не могат да се видят поотделно. Поради циркулацията си около планетата, пръстените изглеждат непрекъснати, въпреки че както повърхността на планетата, така и звездите блестят през пръстените на Сатурн например. Пръстените се намират в непосредствена близост до планетата, където не могат да съществуват големи спътници.

2. Планети от земната група. Система Земя-Луна

Поради наличието на спътник, Луната, Земята често се нарича двойна планета. Това подчертава както общността на техния произход, така и рядкото съотношение на масите на планетата и нейния спътник: Луната е само 81 пъти по-малка от Земята.

Достатъчно подробна информация за природата на Земята ще бъде дадена в следващите глави на учебника. Затова тук ще говорим за останалите планети от земната група, съпоставяйки ги с нашите, и за Луната, която, въпреки че е само спътник на Земята, по своята природа принадлежи към телата от планетарен тип.

Въпреки общия произход, природата на Луната е значително различна от Земята, което се определя от нейната маса и размер. Поради факта, че силата на гравитацията на повърхността на Луната е 6 пъти по-малка, отколкото на повърхността на Земята, за газовите молекули е много по-лесно да напуснат Луната. Следователно нашият естествен спътник е лишен от забележима атмосфера и хидросфера.

Липсата на атмосфера и бавното въртене около оста (един ден на Луната е равен на земен месец) водят до факта, че през деня повърхността на Луната се нагрява до 120 ° C и се охлажда до -170 °C през нощта. Поради липсата на атмосфера лунната повърхност е подложена на постоянна „бомбардировка“ от метеорити и по-малки микрометеорити, които падат върху нея с космически скорости (десетки километри в секунда). В резултат на това цялата Луна е покрита със слой от фино раздробено вещество - реголит. Както е описано от американски астронавти, които са били на Луната, и както показват снимките на следите от лунните роувъри, по отношение на неговите физически и механични свойства (размер на частиците, сила и т.н.), реголитът е подобен на мокрия пясък.

При падане на големи тела върху повърхността на Луната се образуват кратери с диаметър до 200 км. На панорамите на лунната повърхност, получени от космически кораби, ясно се виждат кратери с диаметър метър и дори сантиметър.

В лабораторни условия бяха подробно изследвани проби от скали, доставени от нашите автоматични станции "Луна" и американски астронавти, посетили Луната с кораба "Аполо". Това даде възможност да се получи по-пълна информация, отколкото при анализа на скалите на Марс и Венера, който беше извършен директно на повърхността на тези планети. Лунните скали са подобни по състав на земните скали като базалти, норити и анортозити. Наборът от минерали в лунните скали е по-беден, отколкото в земните, но по-богат, отколкото в метеоритите. Нашият спътник няма и никога не е имал хидросфера или атмосфера със същия състав като на Земята. Следователно няма минерали, които да се образуват във водна среда и при наличие на свободен кислород. Лунните скали са обеднени на летливи елементи в сравнение със земните, но се отличават с повишено съдържание на железни и алуминиеви оксиди, а в някои случаи и на титан, калий, редкоземни елементи и фосфор. На Луната не са открити признаци на живот, дори под формата на микроорганизми или органични съединения.

Светлите зони на Луната - "континентите" и по-тъмните - "моретата" се различават не само по външен вид, но и по релеф, геоложка история и химичен състав на веществото, което ги покрива. На по-младата повърхност на "моретата", покрита с втвърдена лава, има по-малко кратери, отколкото на по-старата повърхност на "континентите". В различни части на Луната се забелязват такива релефни форми като пукнатини, по които кората се измества вертикално и хоризонтално. В този случай се образуват само разломни планини и на Луната няма нагънати планини, така характерни за нашата планета.

Липсата на процеси на ерозия и изветряне на Луната ни позволява да я считаме за вид геоложки резерват, където в продължение на милиони и милиарди години са запазени всички земни форми, възникнали през това време. По този начин изучаването на Луната позволява да се разберат геоложките процеси, протекли на Земята в далечното минало, от които на нашата планета не са останали следи.

3. Нашите съседи са Меркурий, Венера и Марс

Обвивките на Земята - атмосферата, хидросферата и литосферата - съответстват на три агрегатни състояния на материята - твърдо, течно и газообразно. Наличието на литосфера е отличителна черта на всички планети от земната група. Можете да сравните литосферите по структура с помощта на фигура 1, а атмосферата - с помощта на таблица 2.

таблица 2

Характеристики на атмосферите на планетите от земна група (Меркурий няма атмосфера)

Ориз. 1. Вътрешното устройство на планетите от земния тип

Предполага се, че атмосферите на Марс и Венера до голяма степен са запазили първичния химичен състав, който някога е имала атмосферата на Земята. В продължение на милиони години съдържанието на въглероден диоксид в земната атмосфера значително е намаляло, а кислородът се е увеличил. Това се дължи на разтварянето на въглероден диоксид в земните водни тела, които, както изглежда, никога не са замръзвали, както и на освобождаването на кислород от растителността, която се е появила на Земята. Нито на Венера, нито на Марс са се случили такива процеси. Освен това съвременните изследвания на характеристиките на обмена на въглероден диоксид между атмосферата и сушата (с участието на хидросферата) могат да обяснят защо Венера загуби водата си, Марс замръзна и Земята остана подходяща за развитието на живот. Така че съществуването на живот на нашата планета вероятно се обяснява не само с местоположението й на благоприятно разстояние от Слънцето.

Наличието на хидросфера е уникална характеристика на нашата планета, която й позволява да формира съвременния състав на атмосферата и да осигури условия за възникването и развитието на живота на Земята.

Живак. Тази планета, най-малката и най-близо до Слънцето, в много отношения е подобна на Луната, която Меркурий е само малко по-голяма по размер. Както и на Луната, най-многобройните и характерни обекти са кратери от метеоритен произход, на повърхността на планетата има сравнително равни низини - "морета" и неравни хълмове - "континенти". Структурата и свойствата на повърхностния слой също са подобни на тези на Луната.

Поради почти пълното отсъствие на атмосфера, температурните спадове на повърхността на планетата по време на дългите дни на "Меркурий" (176 земни дни) са дори по-значителни, отколкото на Луната: от 450 до -180 ° C.

Венера. Размерите и масата на тази планета са близки до земните, но особеностите на тяхната природа са значително различни. Изследването на повърхността на Венера, скрита от наблюдателя от постоянен слой облаци, стана възможно едва през последните десетилетия благодарение на радарните и ракетно-космическите технологии.

По отношение на концентрацията на частици облачният слой на Венера, чиято горна граница се намира на надморска височина около 65 km, прилича на земна мъгла с видимост от няколко километра. Облаците могат да се състоят от капчици концентрирана сярна киселина, нейни кристали и серни частици. За слънчевата радиация тези облаци са достатъчно прозрачни, така че осветеността на повърхността на Венера е почти същата като на Земята в облачен ден.

Над ниските райони на повърхността на Венера, които заемат по-голямата част от нейната площ, се издигат обширни плата на няколко километра, приблизително равни по размер на Тибет. Планинските вериги, разположени върху тях, са с височина 7–8 km, а най-високите достигат до 12 km. В тези райони има следи от тектонична и вулканична дейност, най-големият вулканичен кратер е с диаметър малко по-малък от 100 км. На Венера са открити множество метеоритни кратери с диаметър от 10 до 80 км.

На Венера практически няма дневни температурни колебания, нейната атмосфера запазва топлината добре дори при условия на дълги дни (планетата прави едно завъртане около оста си за 240 дни). Това се улеснява от парниковия ефект: атмосферата, въпреки облачния слой, преминава достатъчно количество слънчева светлина и повърхността на планетата се нагрява. Въпреки това топлинното (инфрачервено) излъчване на нагрята повърхност се абсорбира до голяма степен от въглеродния диоксид, съдържащ се в атмосферата и облаците. Поради този особен термичен режим температурата на повърхността на Венера е по-висока от тази на Меркурий, който се намира по-близо до Слънцето, и достига 470 ° C. Проявите на парниковия ефект, макар и в по-малка степен, се забелязват и на Земята: при облачно време през нощта почвата и въздухът не се охлаждат толкова интензивно, колкото при ясно, безоблачно небе, когато могат да настъпят нощни студове (фиг. 2 ).

Ориз. 2. Схема на парниковия ефект

Марс. На повърхността на тази планета могат да се разграничат големи (с диаметър над 2000 км) депресии - "морета" и издигнати области - "континенти". На повърхността им, заедно с множество кратери от метеоритен произход, са открити гигантски вулканични конуси с височина 15–20 km, чийто основен диаметър достига 500–600 km. Смята се, че дейността на тези вулкани е престанала само преди няколкостотин милиона години. От други форми на релефа са отбелязани планински вериги, системи от пукнатини в кората, огромни каньони и дори обекти, подобни на коритата на пресъхнали реки. По склоновете се виждат сипеи, има участъци, заети от дюни. Всички тези и други следи от атмосферна ерозия потвърдиха предположенията за прашни бури на Марс.

Изследванията на химическия състав на марсианската почва, извършени от автоматичните станции Viking, показаха високо съдържание на силиций (до 20%) и желязо (до 14%) в тези скали. По-специално, червеникавият цвят на повърхността на Марс, както се очаква, се дължи на наличието на железни оксиди под формата на такъв добре познат минерал на Земята като лимонит.

Природните условия на Марс са много сурови: средната температура на повърхността му е само -60 ° C и изключително рядко е положителна. На полюсите на Марс температурата пада до -125 ° C, при което не само водата замръзва, но дори въглеродният диоксид се превръща в сух лед. Очевидно полярните шапки на Марс се състоят от смес от обикновен и сух лед. Поради смяната на сезоните, всеки два пъти по-дълъг от този на Земята, полярните шапки се топят, въглеродният диоксид се отделя в атмосферата и налягането й се повишава. Падането на налягането създава условия за силни ветрове, чиято скорост може да надхвърли 100 m/s, и възникване на прашни бури. В атмосферата на Марс има малко вода, но е вероятно значителните й запаси да са концентрирани в слой от вечна замръзналост, подобен на този, който съществува в студените райони на земното кълбо.

4. Малки тела на Слънчевата система

В допълнение към големите планети, малките тела на Слънчевата система също циркулират около Слънцето: много малки планети и комети.

Общо досега са открити повече от 100 хиляди малки планети, които също се наричат астероиди (звездоподобни), тъй като поради малкия си размер се виждат дори през телескоп като светещи точки, подобни на звезди. Доскоро се смяташе, че всички те се движат главно между орбитите на Марс и Юпитер, съставлявайки така наречения астероиден пояс. Най-големият обект сред тях е Церера, която има диаметър около 1000 km (фиг. 3). Смята се, че общият брой на малките планети, по-големи от 1 км в този пояс, може да достигне 1 млн. Но дори и в този случай общата им маса е 1000 пъти по-малка от масата на Земята.

Ориз. 3. Сравнителни размери на най-големите астероиди

Няма фундаментални разлики между астероидите, които наблюдаваме в открития космос с телескоп, и метеоритите, които попадат в човешки ръце, след като паднат от космоса на Земята. Метеоритите не представляват специален клас космически тела - те са фрагменти от астероиди. Те могат да се движат стотици милиони години по своите орбити около Слънцето, подобно на останалите, по-големи тела от Слънчевата система. Но ако техните орбити се пресекат с орбитата на Земята, те падат върху нашата планета като метеорити.

Развитието на средствата за наблюдение, по-специално инсталирането на инструменти на космически кораби, позволи да се установи, че много тела с размери от 5 до 50 m (до 4 на месец) летят в близост до Земята. Към днешна дата са известни около 20 тела с размер на астероид (от 50 m до 5 km), чиито орбити минават близо до нашата планета. Опасенията за възможен сблъсък на такива тела със Земята се увеличиха значително след падането на кометата Шумейкър-Леви 9 върху Юпитер през юли 1995 г. Вероятно все още няма особена причина да се смята, че броят на сблъсъците със Земята може да се увеличи значително (след всички, "резервите" от метеоритна материя в междупланетното пространство постепенно се изчерпват). От сблъсъците, които са имали катастрофални последици, може да се назове само падането през 1908 г. на Тунгуския метеорит, обект, който според съвременните концепции е бил ядрото на малка комета.

С помощта на космически кораби беше възможно да се получат изображения на някои малки планети от разстояние няколко десетки хиляди километра. Както се очакваше, скалите, които изграждат повърхността им, се оказаха подобни на тези, които са често срещани на Земята и Луната, по-специално бяха открити оливин и пироксен. Потвърдена е идеята, че малките астероиди имат неправилна форма и повърхността им е осеяна с кратери. Така размерите на Гаспра са 19х12х11 км. Близо до астероида Ида (размери 56x28x28 km) е открит спътник с размер около 1,5 km на разстояние около 100 km от центъра му. Около 50 астероида са заподозрени в такава "двойственост".

Проучванията, проведени през последните 10-15 години, потвърдиха направените по-рано предположения за съществуването на друг пояс от малки тела в Слънчевата система. Тук, отвъд орбитата на Нептун, вече са открити повече от 800 обекта с диаметър от 100 до 800 км, някои от които по-големи от 2000 км. След всички тези открития Плутон, чийто диаметър е 2400 км, беше лишен от статута на голяма планета в Слънчевата система. Предполага се, че общата маса на обектите "отвъд Нептун" може да бъде равна на масата на Земята. Тези тела вероятно съдържат значително количество лед в състава си и приличат повече на кометни ядра, отколкото на астероиди, разположени между Марс и Юпитер.

Кометите, които поради необичайния си вид (наличието на опашка) привличат вниманието на всички хора от древни времена, не случайно принадлежат към малките тела на Слънчевата система. Въпреки внушителния размер на опашката, чиято дължина може да надхвърли 100 милиона км, и главата, която може да надвиши диаметъра на Слънцето, кометите с право се наричат „невидимо нищо“. В кометата има много малко вещество, почти цялото е концентрирано в ядрото, което е малък (по космически стандарти) снежно-леден блок, осеян с малки твърди частици с различен химичен състав. Така ядрото на една от най-известните комети, Халеевата комета, която беше заснета през 1986 г. от космическия кораб "Вега", е дълго само 14 км, а ширината и дебелината му са наполовина. Тази „мръсна мартенска снежна преспа“, както често се наричат кометните ядра, съдържа приблизително толкова замръзнала вода, колкото снежната покривка, паднала за една зима на територията на Московска област.

Кометите се отличават от другите тела на Слънчевата система преди всичко с неочакваността на появата си, за която А. С. Пушкин веднъж пише: „Като незаконна комета в кръга на изчислените светила ...“

В това за пореден път се убедихме от събитията от последните години, когато през 1996 и 1997г. се появиха две много ярки комети, видими дори с просто око. По традиция те са кръстени на имената на тези, които са ги открили - японският астроном любител Хиакутака и двама американци - Хейл и Боп. Такива ярки комети обикновено се появяват веднъж на всеки 10-15 години (тези, които се виждат само през телескоп, се наблюдават годишно 15-20). Предполага се, че в слънчевата система има няколко десетки милиарда комети и че слънчевата система е заобиколена от един или дори няколко облака комети, които се движат около слънцето на разстояния хиляди и десетки хиляди пъти по-големи от разстоянието до най-отдалечената планета Нептун. Там, в този космически сейф-хладилник, кометните ядра са били „съхранявани“ милиарди години от формирането на Слънчевата система.

Когато ядрото на кометата се приближи до Слънцето, то се нагрява, губейки газове и твърди частици. Постепенно ядрото се разпада на все по-малки фрагменти. Частиците, които са били част от него, започват да се въртят около Слънцето по своите орбити, близки до тази, по която се е движила кометата, породила този метеорен поток. Когато частиците на този поток се срещнат по пътя на нашата планета, тогава, попадайки в нейната атмосфера с космическа скорост, те пламват под формата на метеори. Прахът, останал след унищожаването на такава частица, постепенно се утаява на повърхността на Земята.

Сблъсквайки се със Слънцето или големи планети, кометите "умират". Многократно се отбелязват случаи, когато при движение в междупланетното пространство ядрата на кометите се разделят на няколко части. Очевидно Халеевата комета не е избегнала тази съдба.

Характеристиките на физическата природа на планетите, астероидите и кометите намират доста добро обяснение въз основа на съвременните космогонични идеи, което ни позволява да разглеждаме Слънчевата система като комплекс от тела, които имат общ произход.

5. Произход на слънчевата система

Най-старите скали, открити в проби от лунна почва и метеорити, са на около 4,5 милиарда години. Изчисленията на възрастта на Слънцето дадоха близка стойност - 5 милиарда години. Общоприето е, че всички тела, които в момента съставляват Слънчевата система, са се образували преди около 4,5–5 милиарда години.

Според най-развитата хипотеза всички те са се образували в резултат на еволюцията на огромен студен облак газ и прах. Тази хипотеза обяснява доста добре много характеристики на структурата на Слънчевата система, по-специално значителните разлики между двете групи планети.

В течение на няколко милиарда години самият облак и съставната му материя се промениха значително. Частиците, съставляващи този облак, се въртят около Слънцето в различни орбити.

В резултат на някои сблъсъци частиците са били унищожени, а в други са били комбинирани в по-големи. Възникнали са по-големи съсиреци от материя – зародиши на бъдещи планети и други тела.

Метеоритното „бомбардиране“ на планетите също може да се счита за потвърждение на тези идеи - всъщност това е продължение на процеса, довел до тяхното формиране в миналото. В момента, когато в междупланетното пространство остава все по-малко метеоритна материя, този процес е много по-малко интензивен, отколкото в началните етапи на формирането на планетата.

В същото време в облака се извършва преразпределение на материята и нейната диференциация. Под въздействието на силно нагряване от околностите на Слънцето излизат газове (предимно най-често срещаните във Вселената - водород и хелий) и остават само твърди огнеупорни частици. От това вещество са се образували Земята, нейният спътник - Луната, както и други планети от земната група.

По време на образуването на планетите и по-късно в продължение на милиарди години в техните дълбини и на повърхността са протичали процеси на топене, кристализация, окисление и други физични и химични процеси. Това доведе до значителна промяна в първоначалния състав и структура на материята, от която са образувани всички съществуващи в момента тела на Слънчевата система.

Далеч от Слънцето, в периферията на облака, тези летливи вещества замръзнаха върху прахови частици. Относителното съдържание на водород и хелий се оказа повишено. От това вещество са образувани гигантски планети, чийто размер и маса значително надвишават планетите от земната група. В края на краищата обемът на периферните части на облака беше по-голям и следователно масата на веществото, от което се образуваха далечните от Слънцето планети, също беше по-голяма.

Данните за природата и химичния състав на спътниците на планетите гиганти, получени през последните години с помощта на космически кораби, станаха още едно потвърждение за валидността на съвременните представи за произхода на телата на Слънчевата система. При условия, когато водородът и хелият, отишли в периферията на протопланетарния облак, станаха част от планетите гиганти, техните спътници се оказаха подобни на Луната и планетите от земната група.

Въпреки това, не цялата материя на протопланетния облак беше включена в състава на планетите и техните спътници. Много съсиреци от неговата материя останаха както вътре в планетарната система под формата на астероиди и дори по-малки тела, така и извън нея под формата на кометни ядра.

Слънцето - централното тяло на Слънчевата система - е типичен представител на звездите, най-често срещаните тела във Вселената. Подобно на много други звезди, Слънцето е огромна газова топка, която е в равновесие в собственото си гравитационно поле.

От Земята виждаме Слънцето като малък диск с ъглов диаметър приблизително 0,5°. Неговият ръб доста ясно определя границата на слоя, от който идва светлината. Този слой на Слънцето се нарича фотосфера (в превод от гръцки - сферата на светлината).

Слънцето излъчва в открития космос колосален поток от радиация, който до голяма степен определя условията на повърхността на планетите и в междупланетното пространство. Общата мощност на излъчване на Слънцето, неговата яркост е 4 · 1023 kW. Земята получава само една двумилиардна част от слънчевата радиация. Това обаче е достатъчно, за да задвижи огромни маси въздух в земната атмосфера, да контролира времето и климата на земното кълбо.

Основните физически характеристики на Слънцето

Маса (M) = 2 1030 кг.

Радиус (R) = 7 108m.

Средна плътност (p) = 1,4·103 kg/m3.

Гравитационно ускорение (g) = 2,7 102 m/s2.

Въз основа на тези данни, използвайки закона за всемирното притегляне и уравнението на газообразното състояние, е възможно да се изчислят условията вътре в Слънцето. Такива изчисления позволяват да се получи модел на „спокойно“ Слънце. В този случай се приема, че във всеки от неговите слоеве се наблюдава условието на хидростатично равновесие: действието на силите на вътрешното налягане на газа се балансира от действието на гравитационните сили. Според съвременните данни налягането в центъра на Слънцето достига 2 x 108 N/m2, а плътността на материята е много по-висока от плътността на твърдите тела в земни условия: 1,5 x 105 kg/m3, т.е. 13 пъти повече от плътност на оловото. Въпреки това прилагането на газовите закони към материята в това състояние е оправдано от факта, че тя е йонизирана. Размерът на атомните ядра, които са загубили своите електрони, е около 10 000 пъти по-малък от размера на самия атом. Следователно размерите на самите частици са пренебрежимо малки спрямо разстоянията между тях. Това условие, на което трябва да отговаря един идеален газ, за сместа от ядра и електрони, които изграждат материята вътре в Слънцето, е изпълнено, въпреки високата му плътност. Това състояние на материята се нарича плазма. Температурата му в центъра на Слънцето достига около 15 милиона K.

При такава висока температура протоните, които доминират в състава на слънчевата плазма, имат толкова високи скорости, че могат да преодолеят електростатичните сили на отблъскване и да взаимодействат помежду си. В резултат на това взаимодействие възниква термоядрена реакция: четири протона образуват алфа частица - хелиево ядро. Реакцията е придружена от освобождаване на определена част от енергията - гама квант. Тази енергия се пренася от вътрешността на Слънцето навън по два начина: чрез радиация, т.е. от самите кванти, и чрез конвекция, т.е. от материя.

Освобождаването на енергия и нейният трансфер определят вътрешната структура на Слънцето: ядрото е централната зона, където протичат термоядрени реакции, зоната на енергиен трансфер чрез радиация и външната конвективна зона. Всяка от тези зони заема приблизително 1/3 от слънчевия радиус (фиг. 4).

Ориз. 4. Устройство на Слънцето

Следствие от конвективното движение на материята в горните слоеве на Слънцето е особен вид фотосфера - гранулация. Фотосферата, така да се каже, се състои от отделни зърна - гранули, чийто размер е средно няколкостотин (до 1000) километра. Гранулата е поток от горещ газ, издигащ се нагоре. В тъмните празнини между гранулите има по-студен газ, който потъва надолу. Всяка гранула съществува само 5-10 минути, след което на нейно място се появява нова, която се различава от предишната по форма и размер. Въпреки това общата наблюдавана картина не се променя.

Фотосферата е най-долният слой на слънчевата атмосфера. Благодарение на енергията, идваща от вътрешността на Слънцето, субстанцията на фотосферата придобива температура от около 6000 K. Тънкият (около 10 000 km) слой, съседен на него, се нарича хромосфера, над която слънчевата корона се простира на десетки слънчеви радиуси (виж фиг. 4). Плътността на материята в короната постепенно намалява с отдалечаване от Слънцето, но плазмените потоци от короната (слънчев вятър) преминават през цялата планетарна система. Основните съставки на слънчевия вятър са протони и електрони, които са много по-малки от алфа частиците (хелиевите ядра) и други йони.

По правило в слънчевата атмосфера се наблюдават различни прояви на слънчева активност, чийто характер се определя от поведението на слънчевата плазма в магнитно поле - петна, изригвания, протуберанци и др. Най-известните от тях са слънчевите петна, открити още в началото на 17 век. при първите наблюдения с телескоп. Впоследствие се оказа, че петна се появяват в тези относително малки области на Слънцето, които се отличават с много силни магнитни полета.

Петната първо се наблюдават като малки тъмни петна с диаметър 2000–3000 km. Повечето от тях изчезват за един ден, но някои се увеличават десетократно. Такива петна могат да образуват големи групи и да съществуват, променяйки формата и размера си, в продължение на няколко месеца, т.е. няколко оборота на Слънцето. Големите петна около най-тъмната централна част (наречена сянка) имат по-малко тъмна полусянка. В центъра на петното температурата на веществото пада до 4300 K. Несъмнено такова понижение на температурата е свързано с действието на магнитно поле, което нарушава нормалната конвекция и по този начин предотвратява притока на енергия отдолу.

Най-мощните прояви на слънчевата активност са изригванията, при които понякога за няколко минути се отделя енергия до 1025 J (такава е енергията на около милиард атомни бомби). Изригванията се наблюдават като внезапно увеличаване на яркостта на отделни части на Слънцето в района на слънчевото петно. По отношение на скоростта светкавицата е подобна на експлозия. Продължителността на силните изригвания достига средно 3 часа, докато слабите изригвания продължават само 20 минути. Изригванията са свързани и с магнитни полета, които се променят значително в тази област след изригването (като правило отслабват). Благодарение на енергията на магнитното поле плазмата може да се нагрее до температура около 10 милиона K. В този случай скоростта на нейните потоци се увеличава значително, достигайки 1000–1500 km/s, а енергията на електроните и протоните, които изграждат плазмата, се увеличава. Благодарение на тази допълнителна енергия възниква оптично, рентгеново, гама и радио излъчване на факели.

Плазмените потоци, образувани по време на изригване, достигат околностите на Земята за ден или два, причинявайки магнитни бури и други геофизични явления. Например, по време на силни светкавици чуваемостта на късовълнови радиопредавания над цялото осветено полукълбо на нашата планета практически спира.

Най-големите прояви на слънчева активност по отношение на техния мащаб са протуберанциите, наблюдавани в слънчевата корона (виж фиг. 4) - огромни облаци газ по обем, чиято маса може да достигне милиарди тонове. Някои от тях („спокойни“) приличат на гигантски завеси с дебелина 3–5 хиляди км, височина около 10 хиляди км и дължина до 100 хиляди км, поддържани от колони, по които се стича газ от короната. Те бавно променят формата си и могат да съществуват няколко месеца. В много случаи в протуберанциите се наблюдава подредено движение на отделни снопове и струи по криволинейни траектории, наподобяващи по форма линиите на индукция на магнитното поле. По време на изригвания отделни части от изпъкналости могат да се издигнат със скорост до няколкостотин километра в секунда до огромна височина - до 1 милион километра, което надвишава радиуса на Слънцето.

Броят на петната и изпъкналостите, честотата и мощността на изригванията на Слънцето се променят с определена, макар и не много строга, периодичност - средно този период е приблизително 11,2 години. Съществува определена връзка между жизнените процеси на растенията и животните, състоянието на човешкото здраве, метеорологичните и климатичните аномалии и други геофизични явления и нивото на слънчевата активност. Все още обаче не е напълно изяснен механизмът на влияние на процесите на слънчевата активност върху земните явления.

7. Звезди

Нашето Слънце с право се нарича типична звезда. Но сред огромното разнообразие на света на звездите има много, които се различават значително от него по своите физически характеристики. Следователно по-пълна картина на звездите дава следното определение:

Звездата е пространствено изолирана, гравитационно свързана маса от материя, непрозрачна за излъчване, в която са настъпили, протичат или ще се случат термоядрени реакции на превръщане на водород в хелий в значителен мащаб.

Светимостта на звездите. Ние можем да получим цялата информация за звездите само въз основа на изучаването на излъчването, идващо от тях. Най-важното е, че звездите се различават една от друга по своята яркост (мощност на излъчване): някои излъчват енергия няколко милиона пъти повече от Слънцето, други стотици хиляди пъти по-малко.

Слънцето ни се струва най-яркият обект в небето само защото е много по-близо от всички останали звезди. Най-близкият от тях, Алфа Кентавър, се намира 270 хиляди пъти по-далеч от нас от Слънцето. Ако сте на такова разстояние от Слънцето, то ще изглежда нещо като най-ярките звезди в съзвездието Голяма мечка.

Разстоянието на звездите. Поради факта, че звездите са много далеч от нас, едва през първата половина на XIX век. успя да открие техния годишен паралакс и да изчисли разстоянието. Дори Аристотел, а след това и Коперник са знаели какви наблюдения на положението на звездите трябва да се правят, за да се открие тяхното изместване, ако Земята се движи. За да направите това, е необходимо да наблюдавате позицията на всяка звезда от две диаметрално противоположни точки на нейната орбита. Очевидно посоката към тази звезда ще се промени през това време и колкото повече, толкова по-близо е звездата до нас. Така че това видимо (паралактично) изместване на звезда ще служи като мярка за нейното разстояние.

Годишният паралакс (p) обикновено се нарича ъгълът, под който радиусът (r) на земната орбита се вижда от звездата, перпендикулярно на зрителната линия (фиг. 5). Този ъгъл е толкова малък (по-малко от 1"), че нито Аристотел, нито Коперник са могли да го открият и измерят, тъй като са наблюдавали без оптични инструменти.

Ориз. 5. Годишен паралакс на звездите

Единиците за разстояние до звездите са парсек и светлинна година.

Парсек е разстоянието, на което паралаксът на звездите е 1 ". Оттук и името на тази единица: пар - от думата "паралакс", сек - от думата "секунда".

Светлинна година е разстоянието, което светлината изминава със скорост 300 000 km/s за 1 година.

1 pc (парсек) = 3,26 светлинни години.

Чрез определяне на разстоянието до звездата и количеството радиация, идваща от нея, можете да изчислите нейната яркост.

Ако подредите звездите на диаграмата в съответствие с тяхната яркост и температура, тогава се оказва, че според тези характеристики могат да се разграничат няколко типа (последователности) звезди (фиг. 6): свръхгиганти, гиганти, главна последователност, бели джуджета и т.н. Нашето Слънце, заедно с много други звезди, принадлежи към звездите от главната последователност.

Ориз. 6. Диаграма "температура - светимост" за най-близките звезди

Температурата на звездите. От спектъра може да се определи температурата на външните слоеве на звездата, от които идва радиацията. Както знаете, цветът на нагрятото тяло зависи от неговата температура. С други думи, позицията на дължината на вълната, която отчита максималното излъчване, се измества от червения към виолетовия край на спектъра с повишаване на температурата. Следователно температурата на външните слоеве на звездата може да се определи от разпределението на енергията в спектъра. Както се оказа, тази температура за различни видове звезди варира от 2500 до 50 000 K.

От известната яркост и температура на звезда е възможно да се изчисли площта на нейната светеща повърхност и по този начин да се определят нейните размери. Оказа се, че звездите-гиганти са стотици пъти по-големи от Слънцето в диаметър, а звездите-джуджета са десетки и стотици пъти по-малки от него.

маса от звезди. В същото време по отношение на масата, която е най-важната характеристика на звездите, те се различават малко от Слънцето. Сред звездите няма нито една, която да има маса 100 пъти по-голяма от Слънцето, и такива, чиято маса е 10 пъти по-малка от тази на Слънцето.

В зависимост от масата и размера на звездите те се различават по вътрешната си структура, въпреки че всички имат приблизително еднакъв химичен състав (95–98% от масата им е водород и хелий).

Слънцето съществува от няколко милиарда години и през това време се е променило малко, тъй като в дълбините му все още протичат термоядрени реакции, в резултат на което се образува алфа частица (хелиево ядро, състоящо се от два протона и два неутрона) четири протона (водородни ядра). По-масивните звезди изразходват запасите си от водород много по-бързо (за десетки милиони години). След "изгарянето" на водорода започват реакции между хелиевите ядра с образуването на стабилен изотоп въглерод-12, както и други реакции, чиито продукти са кислород и редица по-тежки елементи (натрий, сяра, магнезий и др. .). Така в дълбините на звездите се образуват ядрата на много химични елементи, чак до желязото.

Образуването на ядра от по-тежки елементи от железни ядра може да се случи само с абсорбцията на енергия, следователно по-нататъшните термоядрени реакции спират. За най-масивните звезди в този момент се случват катастрофални явления: първо бързо компресиране (колапс), а след това мощна експлозия. В резултат на това звездата първо значително се увеличава по размер, яркостта й се увеличава десетки милиони пъти и след това изхвърля външните си слоеве в открития космос. Това явление се наблюдава като експлозия на свръхнова, на мястото на която има малка бързо въртяща се неутронна звезда - пулсар.

И така, сега знаем, че всички елементи, които изграждат нашата планета и целия живот на нея, са се образували в резултат на термоядрени реакции, протичащи в звездите. Следователно звездите са не само най-често срещаните обекти във Вселената, но и най-важните за разбирането на явленията и процесите, протичащи на Земята и извън нея.

8. Нашата галактика

Почти всички обекти, видими с невъоръжено око в северното полукълбо на звездното небе, съставляват една система от небесни тела (главно звезди) - нашата Галактика (фиг. 7).

Неговият характерен детайл за земен наблюдател е Млечният път, в който още първите наблюдения с телескоп позволяват да се разграничат много слаби звезди. Както можете да видите сами във всяка ясна, безлунна нощ, тя се простира по небето като лека белезникава лента с накъсана форма. Вероятно той е напомнил на някого за следа от разлято мляко и затова, вероятно, не е съвпадение, че терминът "галактика" идва от гръцката дума galaxis, което означава "млечен, млечен".

В Галактиката не е включено само слабо мъгливо петно, видимо по посока на съзвездието Андромеда и наподобяващо пламък на свещ по форма - мъглявината Андромеда. Това е друга, подобна на нашата, звездна система, отдалечена от нас на разстояние 2,3 милиона светлинни години.

Едва когато през 1923 г. няколко от най-ярките звезди могат да бъдат разграничени в тази мъглявина, учените най-накрая са убедени, че това не е просто мъглявина, а друга галактика. Това събитие може да се счита и за "откриването" на нашата Галактика. И в бъдеще успехът в нейното изследване беше до голяма степен свързан с изучаването на други галактики.

Познанията ни за размера, състава и структурата на Галактиката са получени главно през последния половин век. Диаметърът на нашата Галактика е около 100 хиляди светлинни години (около 30 хиляди парсека). Броят на звездите е около 150 милиарда и те съставляват 98% от общата му маса. Останалите 2% са междузвездна материя под формата на газ и прах.

Звездите образуват купове от различни по форма и брой обекти – сферични и разпръснати. В отворените клъстери има сравнително малко звезди - от няколко десетки до няколко хиляди. Най-известният отворен куп са Плеядите, видими в съзвездието Телец. В същото съзвездие са Хиадите, триъгълник от бледи звезди близо до яркия Алдебаран. Някои от звездите, принадлежащи към съзвездието Голяма мечка, също съставляват отворен куп. Почти всички клъстери от този тип се виждат близо до Млечния път.

Кълбовидните звездни купове съдържат стотици хиляди и дори милиони звезди. Само две от тях - в съзвездията Стрелец и Херкулес - трудно се виждат с просто око. Кълбовидните купове са разпределени в Галактиката по различен начин: повечето от тях са разположени близо до нейния център и с отдалечаване от него концентрацията им в пространството намалява.

„Населението“ на тези два вида клъстери също се различава. Съставът на отворените клъстери включва главно звезди, свързани (като Слънцето) с главната последователност. В сферичните има много червени гиганти и субгиганти.

Понастоящем тези разлики се обясняват с разликата в възрастта на звездите, които съставляват клъстери от различни видове, и следователно възрастта на самите клъстери. Изчисленията показват, че възрастта на много открити купове е приблизително 2–3 Gyr, докато възрастта на кълбовидните купове е много по-стара и може да достигне 12–14 Gyr.

Тъй като разпределението в пространството на купове от отделни звезди от различни типове и други обекти се оказа различно, те започнаха да разграничават пет подсистеми, които образуват една звездна система - Галактиката:

- плоски млади;

- апартамент стар;

- междинна подсистема "диск";

– междинни сферични;

- сферична.

Ориз. 7. Устройство на Галактиката

Тяхното местоположение е показано на диаграма, показваща структурата на Галактиката в равнина, перпендикулярна на равнината на Млечния път (виж фиг. 7). Фигурата също така показва позицията на Слънцето и централната част на Галактиката - нейното ядро, което се намира в посока на съзвездието Стрелец.

Измервайки относителното положение на звездите в небето, астрономите в началото на 18 век. забелязал, че координатите на някои ярки звезди (Алдебаран, Арктур и Сириус) са се променили в сравнение с тези, получени в древността. Впоследствие стана ясно, че скоростите на движение в космоса за различните звезди се различават значително. „Най-бързият“ от тях, наречен „Летящата звезда на Барнард“, се движи 10,8" по небето за една година. Това означава, че преминава 0,5° (ъгловият диаметър на Слънцето и Луната) за по-малко от 200 години. В момента това звезда (нейният магнитуд 9,7) се намира в съзвездието Змиеносец. Повечето от 300 000 звезди, чието собствено движение се измерва, променят позицията си много по-бавно - изместването е само стотни и хилядни от дъговата секунда на година. всички звезди се движат около центъра от галактиката, слънцето прави едно завъртане за около 220 милиона години.

Благодарение на развитието на радиоастрономията е получена значителна информация за разпределението на междузвездната материя в Галактиката. Първо се оказа, че междузвездният газ, основната част от който е водород, образува разклонения около центъра на Галактиката, които имат спираловидна форма. Същата структура може да се проследи в някои видове звезди.

Следователно нашата Галактика принадлежи към най-често срещания клас спирални галактики.

Трябва да се отбележи, че междузвездната материя значително усложнява изследването на Галактиката с оптични методи. Той е разпределен в обема на пространството, заето от звездите, доста неравномерно. Основната маса от газ и прах се намира близо до равнината на Млечния път, където образува огромни (стотици светлинни години в диаметър) облаци, наречени мъглявини. В пространството между облаците също има материя, макар и в много разредено състояние. Формата на Млечния път, тъмните празнини, видими в него (най-големият от тях причинява неговата бифуркация, която се простира от съзвездието Орла до съзвездието Скорпион) се обясняват с факта, че междузвездният прах ни пречи да видим светлината на разположените звезди зад тези облаци. Именно тези облаци не ни дават възможност да видим ядрото на Галактиката, което може да се изследва само чрез получаване на инфрачервено лъчение и радиовълни, идващи от него.

В онези редки случаи, когато гореща звезда се намира близо до облака газ и прах, тази мъглявина става ярка. Виждаме го, защото прахът отразява светлината на ярка звезда.

В Галактиката се наблюдават различни видове мъглявини, чието образуване е тясно свързано с еволюцията на звездите. Те включват планетарни мъглявини, които са наречени така, защото в слаби телескопи изглеждат като дискове на далечни планети - Уран и Нептун. Това са външните слоеве на звездите, отделени от тях по време на компресията на ядрото и превръщането на звездата в бяло джудже. Тези черупки се разширяват и разсейват в космическото пространство в продължение на няколко десетки хиляди години.

Други мъглявини са останки от експлозии на свръхнови. Най-известната от тях е мъглявината Рак в съзвездието Телец, резултат от експлозия на супернова, толкова ярка, че през 1054 г. е била наблюдавана дори през деня в продължение на 23 дни. Вътре в тази мъглявина се наблюдава пулсар, в който с период на въртене, равен на 0,033 s, яркостта се променя в оптичния, рентгеновия и радио диапазона. Известни са повече от 500 такива обекта.

Именно в звездите в процеса на термоядрени реакции се образуват много химични елементи, а по време на експлозиите на свръхнови се образуват дори ядра, по-тежки от желязото. Изгубеният от звездите газ с високо съдържание на тежки химични елементи променя състава на междузвездната материя, от която впоследствие се образуват звезди. Следователно химическият състав на звездите от "второ поколение", което вероятно включва нашето Слънце, е малко по-различен от състава на старите звезди, които са се образували по-рано.

9. Устройство и еволюция на Вселената

В допълнение към мъглявината Андромеда, още две галактики могат да се видят с просто око: Големият и Малкият Магеланов облак. Те се виждат само в южното полукълбо, така че европейците научиха за тях едва след околосветското пътуване на Магелан. Това са спътници на нашата Галактика, отделени от нея на разстояние около 150 хиляди светлинни години. На такова разстояние звезди като Слънцето не се виждат нито през телескоп, нито на снимки. Но в големи количества се наблюдават горещи звезди с висока яркост - свръхгиганти.

Галактиките са гигантски звездни системи, които включват от няколко милиона до няколко трилиона звезди. Освен това галактиките съдържат различно (в зависимост от вида) количество междузвездна материя (под формата на газ, прах и космически лъчи).

В централната част на много галактики има клъстер, наречен ядро, където протичат активни процеси, свързани с освобождаване на енергия и изхвърляне на материя.

Някои галактики в радиообхвата имат много по-мощно излъчване, отколкото във видимата част на спектъра. Такива обекти се наричат радиогалактики. Още по-мощни източници на радиоизлъчване са квазарите, които също излъчват повече в оптичния диапазон от галактиките. Квазарите са най-отдалечените известни от нас обекти във Вселената. Някои от тях се намират на огромни разстояния, надхвърлящи 5 милиарда светлинни години.

Очевидно квазарите са изключително активни галактически ядра. Звездите около ядрото са неразличими, тъй като квазарите са много далеч и голямата им яркост не позволява да се открие слабата светлина на звездите.

Изследванията на галактиките показват, че линиите в техните спектри обикновено са изместени към червения край, т.е. към по-дълги вълни. Това означава, че почти всички галактики (с изключение на няколко от най-близките) се отдалечават от нас.

Но съществуването на този закон съвсем не означава, че галактиките бягат от нас, от нашата Галактика като от центъра. Същият модел на рецесия ще се наблюдава от всяка друга галактика. А това означава, че всички наблюдавани галактики се отдалечават една от друга.

Да разгледаме огромна топка (Вселената), която се състои от отделни точки (галактики), равномерно разпределени вътре в нея и взаимодействащи си според закона за всемирното привличане. Ако си представим, че в някакъв начален момент от време галактиките са неподвижни една спрямо друга, то в резултат на взаимно привличане те няма да останат неподвижни в следващия момент и ще започнат да се приближават една към друга. В резултат на това Вселената ще се свие и плътността на материята в нея ще се увеличи. Ако в този начален момент галактиките са се отдалечавали една от друга, т.е. Вселената се е разширявала, тогава гравитацията ще намали скоростта на взаимното им отдалечаване. По-нататъшната съдба на галактиките, отдалечаващи се от центъра на топката с определена скорост, зависи от отношението на тази скорост към „втората космическа“ скорост за топка с даден радиус и маса, която се състои от отделни галактики.

Ако скоростите на галактиките са по-големи от втората космическа скорост, тогава те ще се отдалечават за неопределено време - Вселената ще се разширява за неопределено време. Ако те са по-малко от второто космическо, то разширяването на Вселената трябва да се замени със свиване.

Въз основа на наличните данни засега е невъзможно да се направят категорични заключения кой от тези варианти ще доведе до еволюцията на Вселената. Със сигурност обаче може да се каже, че в миналото плътността на материята във Вселената е била много по-голяма от сегашната. Галактиките, звездите и планетите не биха могли да съществуват като независими обекти, а веществото, от което те сега се състоят, е било качествено различно и е било хомогенна, много гореща и плътна среда. Температурата му надвишава 10 милиарда градуса, а плътността е по-голяма от плътността на атомните ядра, която е 1017 kg/m3. Това се доказва не само от теорията, но и от резултатите от наблюденията. Както следва от теоретичните изчисления, заедно с материята, горещата Вселена в ранните етапи на своето съществуване е била изпълнена с високоенергийни кванти на електромагнитното излъчване. В процеса на разширяване на Вселената енергията на квантите намалява и в момента трябва да съответства на 5–6 K. Това лъчение, наречено реликтово, наистина е открито през 1965 г.

Така беше получено потвърждение на теорията за горещата Вселена, началният етап от съществуването на която често се нарича Големият взрив. В момента е разработена теория, която описва процесите, протичащи във Вселената от първите моменти на нейното разширяване. Първоначално във Вселената не можеха да съществуват нито атоми, нито дори сложни атомни ядра. При тези условия се извършват взаимни трансформации на неутрони и протони при взаимодействието им с други елементарни частици: електрони, позитрони, неутрино и антинеутрино. След като температурата във Вселената падна до 1 милиард градуса, енергията на квантите и частиците стана недостатъчна, за да предотврати образуването на най-простите ядра на атомите на деутерий, тритий, хелий-3 и хелий-4. Около 3 минути след началото на разширяването на Вселената в нея се установява определено съотношение на съдържанието на водородни ядра (около 70%) и хелиеви ядра (около 30%). След това това съотношение се поддържа милиарди години, докато от това вещество не се образуват галактики и звезди, в дълбините на които в резултат на термоядрени реакции започват да се образуват по-сложни атомни ядра. В междузвездната среда се образуват условия за образуване на неутрални атоми, след това на молекули.

Картината на еволюцията на Вселената, която се отвори пред нас, е невероятна и невероятна. Без да преставаме да се изненадваме, не трябва да забравяме, че всичко това е открито от човек - обитател на малка прашинка, изгубена в безкрайните простори на Вселената - жител на планетата Земя.

Списък на използваната литература

1. Аруцев А.А., Ермолаев Б.В., Кутателадзе И.О., Слуцки М. Концепции на съвременната естествена наука. С учебно ръководство. М. 1999 г

2. Петросова Р.А., Голов В.П., Сивоглазов В.И., Страут Е.К. Естествени науки и основи на екологията. Учебник за средни педагогически учебни заведения. Москва: Bustard, 2007, 303 страници.

3. Савченко В.Н., Смагин В.П. НАЧАЛОТО НА СЪВРЕМЕННИТЕ ПРИРОДОНАУЧНИ КОНЦЕПЦИИ И ПРИНЦИПИ. Урок. Ростов на Дон. 2006 г.

Четири века упорит труд на учени - астрономи, математици, физици, които направиха най-фините наблюдения, задълбочени теоретични изследвания, бяха необходими, за да се открият особеностите на планетната система и до известна степен природата на планетарните тела, най-близки до Земята.

Виждаме нашата Земя сред девет големи планети, въртящи се около Слънцето. Те са разположени по разстояние от Слънцето в следния ред: Меркурий, Венера, Земя, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Първите пет са известни от древността. Уран е "случайно" открит от Хершел през 1781 г. Съществуването на Нептун е открито през 1846 г. (а преди това е теоретично предсказано). През 1930 г. близо до теоретично изчисленото място е открит и Плутон.

Пътищата на планетите се отклоняват от кръгове - това са леко издължени елиптични криви. Планетите се движат по законите на Кеплер - по-бързо наблизо перихелий- точката на орбитата, най-близка до Слънцето, по-бавна - близо афелий. Периодите на въртене зависят от средните разстояния - от полуосите на орбитата: P = a 3/2. Астрономите измерват разстоянията в Слънчевата система в астрономически единици. Астрономическата единица е средното разстояние на Земята от Слънцето. Равнява се на 149,6 милиона км.

Измерени са размерите на планетите, определени са техните маси. За някои планети е установено как се въртят около осите си. Таблица 1 предоставя важна информация за планетите и отделните луни.

Следователно Земята наистина е средна планета както по позиция спрямо слънцето, така и по размер. Венера, например, е само малко по-малка. Въртенето на Марс около неговата ос е много подобно на въртенето на Земята; той определя смяната на сезоните на годината и положението на климатичните зони на земната повърхност. Юпитер е гигантска планета. Тя е 11 пъти по-голяма от Земята по диаметър и 318 пъти по-голяма по маса. Любопитна аномалия е далечният Плутон, който не е изминал дори една осма от орбитата си около Слънцето от откриването си. Плутон е почти със същия размер като Меркурий и много астрономи го смятат за тяло, избягало след някаква катастрофа от системата на Нептун.

Интересен проблем са спътниците на планетите. До момента са открити 31 сателита. Седем от тях са големи. Такива сателити са Луната или Ганимед (близо до Юпитер) или Титан (близо до Сатурн). Те са почти с размерите на Меркурий и само малко по-малки от Плутон или Марс. Останалите сателити са малки. Техните диаметри се измерват само в стотици, десетки или дори няколко километра.

Сатурн е заобиколен от много малки луни и маси от газ и лед, които заедно образуват пръстен, видим около планетата дори с малки телескопи. Очевидно подобен пръстен, само че много по-слаб, се намира и в Юпитер.

Много космически камъни и камъни съставляват семейството на астероидите и метеороидите. Астрономите вече познават повече от 1600 малки планети и безброй камъни, които, често срещайки Земята, падат на нейната повърхност под формата на метеорити. Летейки с космически скорости от десетки километри в секунда през земната атмосфера, те образуват феномените на огнени топки и метеори. Изучавайки тези явления, изследвайки метеорити в лаборатории, учените установяват природата и произхода на множество малки тела, които "запушват" междупланетното пространство. Техният брой е много голям, а общата маса очевидно се доближава до масата на Земята. Всички малки планети и много метеорни тела се движат по елиптични орбити и принадлежат към Слънчевата система.

В Слънчевата система има още повече комети, движещи се както по къси периодични, така и по много издължени орбити. Необходими са 30 милиона години, за да може кометата да достигне пределите на Слънчевата система (пределите на сферата на действие на Слънцето), тоест да премине 150 000 астрономически единици и да се върне отново към Слънцето. Мъгливите глави и опашки на кометите се състоят от газ и прах, произведени от изпарението на "замърсени" ледове, открити в кометните ядра. Кометите са сравнително наскоро образувани тела, които все още задържат голямо количество замръзнали газове.

Слънцето контролира, благодарение на силата на своето привличане, движението на планети и комети, космически камъни и безкраен брой прахови частици - метеорни частици. Има и други ефекти върху планетите и малките тела на Слънчевата система.

Слънцето е звезда като „милиарди звезди, светещи в нощното небе.

След като определиха разстоянието до Слънцето, астрономите бяха убедени, че размерите му наистина са колосални. Въпреки че в небето видимият диаметър на Слънцето е равен на лунния или дори малко по-малък, разстоянието до Слънцето (149,6 милиона км или 1 астрономическа единица) е 400 пъти по-голямо от разстоянието на Луната от Земята; следователно същият брой пъти Слънцето трябва да е по-голямо от Луната. Ако лунният диаметър е 3,5 хиляди км, тогава размерът на Слънцето е 1400 хиляди км, 109 пъти по-голям от този на Земята.

Чрез измерване на количеството енергия, идваща от Слънцето, и силата на неговата светлина, учените откриха температурата на повърхността му, достигаща 6000 °, и се увериха, че Слънцето е гигантска гореща газова топка, 330 000 пъти по-голяма по маса (т.е. количеството материя) Земята и почти 7/10 пъти общата маса на всички големи планети.

Слънцето играе решаваща роля във всички процеси на Земята и затова изучаването му има не само теоретично, но и голямо практическо значение.

Създадена е непрекъсната служба на Слънцето, която с помощта на оптични слънчеви телескопи, както и радиотелескопи, провежда наблюдения на процесите на слънчевата повърхност. Регистрирането и изследването на слънчеви петна – гигантски електромагнитни вихри в слънчевата атмосфера е в ход. Техните размери понякога надхвърлят десетки и стотици хиляди километри; интензитетът на магнитните полета в петна, които астрономите са се научили да измерват, често надвишава хиляди гауса (гаус е единица за сила на магнитното поле). Над ярката повърхност на Слънцето - фотосфера- намират се слоеве от по-разредени, горещи газове хромосфера. Те често се издигат от повърхността във формата изпъкналостидо височина от стотици хиляди километри. В хромосферата и дори в горните части на слънчевата атмосфера - слънчева корона, ясно видими по време на пълни слънчеви затъмнения, разиграват се грандиозни вихрушки и бури.

Тези процеси се контролират от мощни електромагнитни сили, възникващи в йонизираната слънчева материя – в слънчевата плазма.

Лъчите на слънчевата корона са потоци от слънчева материя - корпускулярни потоци, състоящи се главно от ядра на атоми (главно от ядра на водородни атоми - протони) и електрони.

С особено внимание се изучават експлозиите на Слънцето, водещи до изригвания на ултравиолетова и рентгенова радиация, до изхвърляне на слънчеви корпускули и огромно количество твърди космически частици. Преди около 30 години учените откриха, че Слънцето е източник на радиовълни. Сега в много обсерватории по света специални радиотелескопи непрекъснато наблюдават Слънцето и регистрират излъчването му на метрови, сантиметрови и милиметрови вълни. Получените данни под формата на записи разкриват картина на мощни процеси, протичащи на слънчевата повърхност. Когато се появят гигантски експлозии в райони на слънчеви петна, астрономите могат да определят скоростите на слънчевата материя от изблици на радиоизлъчване, достигащи десетки и дори стотици хиляди километри в секунда. Със скорост, близка до скоростта на светлината, се втурват частици от космически лъчи. Възникнали от слънчеви експлозии, бързи космически частици проникват в междупланетното пространство.

Основната причина за слънчевата радиация и всички процеси на Слънцето, очевидно, е атомната (термоядрена) енергия, генерирана вътре в Слънцето. При температура 13-20 милиона градуса в недрата на Слънцето водородът се превръща в хелий и се освобождава част от вътрешноатомната енергия. Оказва се, че е достатъчно, за да поддържа високата температура на звездите в продължение на милиони и милиарди години.

Астрономи и физици работят усилено, за да разкрият природата на слънчевите изригвания. Някои изследователи смятат, че движението на заредена слънчева материя (йонизиран газ) в магнитно поле може да причини компресия на потоци, водеща до експлозии. Академик В. А. Амбарцумян признава, че експлозиите възникват в резултат на изпускането на материя от централните области, която е в свръхплътно „предзвездно“ състояние, върху повърхността на Слънцето. Преходът от свръхплътно състояние към състояние на обикновен разреден, нагрят газ трябва да доведе до експлозии. При някои звезди тези експлозии придобиват мащаба на грандиозни космически катастрофи.

Без изясняване на природата на слънчевите процеси е невъзможно да се разберат характеристиките на Земята, тъй като Слънцето играе решаваща роля в живота на Земята и другите най-близки до нас планети. Слънцето излъчва огромно количество светлина, топлина, радиовълни, заредени частици. За секунда Слънцето губи енергия, достигайки стотици милиарди милиарди киловати, тоест повече от хиляда пъти повече от това, което би могло да се получи чрез изгаряне на всички запаси от въглища, които са на Земята. От тази енергия Земята получава само една двумилиардна част, но дори и това възлиза на десетки хиляди милиони киловати.

Животът на растенията и животните се поддържа и развива от енергията на Слънцето. В същото време процесите на слънчева активност - ултравиолетова радиация от Слънцето, корпускулярни потоци, излизащи от слънчевата повърхност - определят много характеристики на явленията на Земята. От тях зависи състоянието на радиационните пояси около Земята и колебанията на земното магнитно поле. Потоците от твърда ултравиолетова радиация и заредени частици йонизират горните слоеве на нашата атмосфера и определят условията за разпространение на радиовълните, условията за радиовръзка на земната повърхност.

Възбуждането в горната атмосфера (йоносферата) се предава в долните слоеве, в тропосферата, където се разиграват всички метеорологични явления.

Гигантският воден цикъл, причинен от слънчевата енергия - изпарението на океанските води и пренасянето на водни пари и водни капки от ветровете - зависи до известна степен от ритъма на слънчевата активност. Ето защо 11-годишният цикъл на слънчева активност влияе върху растежа на дърветата и растенията. Но далеч не всички аспекти на тази връзка между слънчевите процеси и явленията на Земята са изяснени. И не само астрономи, но и геофизици, специалисти по атмосфера и хидросфера, лед, земни течения и други явления, както и биолози, физици, радиофизици и изследователи на космоса, интензивно изучават всички прояви на слънчевите влияния.

Нашата планета Земя е неподражаема и уникална, въпреки факта, че са открити планети и около редица други звезди. Подобно на други планети в Слънчевата система, Земята образувани от междузвезден прах и газове. Геологичната му възраст е 4,5-5 милиарда години.От началото на геоложкия етап повърхността на Земята е разделена на континентални первазии океански ровове. В земната кора се е образувал особен гранито-метаморфен слой. Когато газовете се отделят от мантията, се образуват първичната атмосфера и хидросферата.

Природните условия на Земята се оказаха толкова благоприятни, че с милиард годиниот формирането на планетата върху него животът се появи.Появата на живот се дължи не само на особеностите на Земята като планета, но и на нейното оптимално разстояние от Слънцето ( около 150 милиона км). За планетите, които са по-близо до Слънцето, потокът от слънчева топлина и светлина е твърде голям и нагрява повърхностите им над точката на кипене на водата. Планетите, по-отдалечени от Земята, получават твърде малко слънчева топлина и са твърде хладни. На планетите, чиято маса е много по-малка от земната, силата на гравитацията е толкова малка, че не осигурява способността да поддържа достатъчно мощна и плътна атмосфера.

По време на съществуването на планетата нейната природа се е променила значително. Тектоничната активност периодично се засилва, размерът и формата на сушата и океаните се променят, космическите тела падат на повърхността на планетата и ледените покривки многократно се появяват и изчезват. Въпреки това, тези промени, въпреки че са повлияли на развитието на органичния живот, не са го нарушили значително.

Уникалността на Земята се свързва с наличието на географска обвивка, възникнала в резултат на взаимодействието на литосферата, хидросферата, атмосферата и живите организми.

В наблюдаемата част на космическото пространство все още не е открито друго небесно тяло, подобно на Земята.

Земята, подобно на други планети в Слънчевата система, има сферична форма.Древните гърци са първите, които говорят за сферичност ( Питагор ). Аристотел , наблюдавайки лунни затъмнения, отбеляза, че сянката, хвърлена от Земята върху Луната, винаги има заоблена форма, което накара учения да мисли за сферичността на Земята. С течение на времето тази идея беше обоснована не само от наблюдения, но и от точни изчисления.

В края Нютон от 17-ти век предложи полярното компресиране на Земята поради нейното аксиално въртене. Измервания на дължините на меридианните сегменти в близост до полюсите и екватора, извършени в средата XVIII векдоказа "сплескаността" на планетата на полюсите. Беше определено, че Екваториалният радиус на Земята е с 21 km по-дълъг от полярния.Така от геометричните тела най-много прилича фигурата на Земята елипсоид на революцията , а не топка.

Като доказателство за сферичността на Земята често се цитират околосветски обиколки, увеличаване на обхвата на видимия хоризонт с височина и пр. Строго погледнато, това са само доказателства за изпъкналостта на Земята, а не за нейната сферичност .

Научното доказателство за сферичността са изображения на Земята от космоса, геодезически измервания на земната повърхност и лунни затъмнения.

В резултат на промени, извършени по различни начини, бяха определени основните параметри на Земята:

среден радиус - 6371 км;

екваториален радиус - 6378 км;

полярен радиус - 6357 км;

обиколка на екватора 40 076 км;

площ - 510 милиона км 2;

тегло - 5976 ∙ 10 21 кг.

Земята- третата планета от Слънцето (след Меркурий и Венера) и петата по големина сред другите планети на Слънчевата система (Меркурий е около 3 пъти по-малък от Земята, а Юпитер е 11 пъти по-голям). Орбитата на Земята има формата на елипса. Максималното разстояние между земята и слънцето е 152 милиона км,минимум - 147 милиона км.

blog.site, при пълно или частично копиране на материала е необходима връзка към източника.

Резюме по темата

„Земята е планета от Слънчевата система“

Устройството и съставът на слънчевата система. Две групи планети

Планети от земен тип. Система Земя-Луна

Земята

Древни и съвременни изследвания на Земята

Изследване на Земята от космоса

Произход на живота на земята

Единственият спътник на Земята е Луната

Заключение

Устройството и съставът на слънчевата система. две групи планети.

Според физическите характеристики големите планети се делят на две групи. Една от тях - планетите от земната група - е Земята и подобни Меркурий, Венера и Марс. Втората включва планетите гиганти: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. До 2006 г. Плутон се смяташе за най-голямата най-отдалечена от Слънцето планета. Сега, заедно с други обекти с подобен размер - отдавна известни големи астероиди (виж § 4) и обекти, открити в покрайнините на Слънчевата система - той е сред планетите джуджета.

2. Планети от земната група. Система Земя-Луна

3. Земя.

Земята е третата планета от Слънцето в Слънчевата система. Той се върти около звездата на средно разстояние от 149,6 милиона км за период от 365,24 дни.

Земята има спътник - Луната, който се върти около Слънцето на средно разстояние от 384 400 км. Наклонът на земната ос към равнината на еклиптиката е 66033`22``. Периодът на въртене на планетата около оста й е 23 часа 56 минути 4,1 секунди. Въртенето около оста си предизвиква смяната на деня и нощта, а наклонът на оста и циркулацията около Слънцето - смяната на сезоните. Формата на Земята е геоид, приблизително триаксиален елипсоид, сфероид. Средният радиус на Земята е 6371,032 км, екваториалният - 6378,16 км, полярен - 6356,777 км. Площта на земното кълбо е 510 милиона km², обемът е 1,083 * 1012 km², средната плътност е 5518 kg / m³. Масата на Земята е 5976 * 1021 кг.

Земята има магнитни и електрически полета. Гравитационното поле на Земята определя нейната сферична форма и съществуването на атмосферата. Според съвременните космогонични концепции Земята се е образувала преди около 4,7 милиарда години от газообразната материя, разпръсната в протослънчевата система. В резултат на диференциацията на материята Земята под въздействието на гравитационното си поле, в условията на нагряване на земните недра, възниква и се развива различна по химичен състав, агрегатно състояние и физични свойства обвивка - геосферата : ядро (в центъра), мантия, земна кора, хидросфера, атмосфера, магнитосфера. В състава на Земята преобладават желязо (34,6%), кислород (29,5%), силиций (15,2%), магнезий (12,7%). Земната кора, мантията и вътрешната част на ядрото са твърди (външната част на ядрото се счита за течна). От повърхността на Земята до центъра налягането, плътността и температурата нарастват.

Налягането в центъра на планетата е 3,6 * 1011 Pa, плътността е около 12,5 * 103 kg / m³, температурата варира от 50 000ºС до 60 000ºС.

Основните видове земна кора са континентална и океанска, в преходната зона от континента към океана се развива междинна кора.

По-голямата част от Земята е заета от Световния океан (361,1 милиона km²; 70,8%), сушата е 149,1 милиона km² (29,2%) и образува шест континента и острови. Издига се над нивото на световния океан средно с 875 m (най-високата височина е 8848 m - връх Chomolungma), планините заемат повече от 1/3 от земната повърхност. Пустините заемат около 20% от земната повърхност, горите - около 30%, ледниците - над 10%. Средната дълбочина на Световния океан е около 3800 m (най-голямата дълбочина е 11020 m - Марианската падина (корито) в Тихия океан). Обемът на водата на планетата е 1370 милиона km³, средната соленост е 35 g/l. Атмосферата на Земята, чиято обща маса е 5,15 * 1015 тона, се състои от въздух - смес от главно азот (78,08%) и кислород (20,95%), останалата част е водна пара, въглероден диоксид, както и инертен и други газове. Максималната температура на земната повърхност е 570º-580º C (в тропическите пустини на Африка и Северна Америка), минималната е около -900º C (в централните райони на Антарктика). Образуването на Земята и началният етап от нейното развитие принадлежат към предгеологичната история. Абсолютната възраст на най-древните скали е над 3,5 милиарда години. Геоложката история на Земята е разделена на два неравни етапа: докамбрий, който заема приблизително 5/6 от цялата геоложка хронология (около 3 милиарда години) и фанерозой, обхващащ последните 570 милиона години.

Преди около 3-3,5 милиарда години, в резултат на естествената еволюция на материята, на Земята възниква живот и започва развитието на биосферата. Съвкупността от всички живи организми, които я населяват, така наречената жива материя на Земята, оказа значително влияние върху развитието на атмосферата, хидросферата и седиментната обвивка. Нов фактор, който има мощно влияние върху биосферата, е производствената дейност на човека, появил се на Земята преди по-малко от 3 милиона години. Високият темп на нарастване на населението на Земята (275 милиона души през 1000 г., 1,6 милиарда души през 1900 г. и приблизително 6,3 милиарда души през 1995 г.) и нарастващото влияние на човешкото общество върху околната среда поставиха на преден план проблемите за рационалното използване на всички природни ресурси и опазване на природата.

Осем големи планети със сателити се въртят около Слънцето. Земята се намира на средно разстояние от 150 милиона км. от слънцето. Слънцето е най-близката до нас звезда.

Най-близката до Слънцето планета е 2,5 пъти по-близо до него от Земята, а най-отдалечената е 40 пъти по-далеч от нея.

Заедно с Меркурий, Венера и Земята, тя е част от вътрешната (земна) група планети. Външна група - планети гиганти: Юпитер,. Тези планети са огромни сферични тела, съставени почти изцяло от водород и хелий. Плутон (открит през 1930 г.) не може да бъде причислен към нито една от групите.

Той заема 5-то място сред всички спътници по размер и първи по отношение на съотношението на неговата маса към масата на планетата. Масата на Луната е само 81,3 пъти по-малка от масата на Земята.

Земята има сферична форма. В резултат на въртене около оста, той е леко сплескан ("геоид"). Ако Земята се приеме като сфера, тогава нейният радиус е 6371 km. Всъщност полярната полуос е 6356 m, а екваториалната - 6379 km. Дължината на екватора е 40 000 км.

Земята се върти около Слънцето по кръгова орбита, като я изминава за 365 дни – година. През януари е по-близо до Слънцето, отколкото през юли. Скоростта на въртене на Земята: колкото по-далеч от Слънцето, толкова по-бавна е скоростта. Следователно в северното полукълбо зимата е по-кратка от лятото и обратното, в южното полукълбо лятото е по-кратко.

Около въображаема ос (аксиално движение) от запад на изток, (в същата посока, в която се движи в орбита), като прави пълен оборот за 24 часа - денонощие. Оста на въртене е наклонена към равнината на орбитата с 66,5 градуса. Основните последици от орбиталното и аксиалното движение на Земята са смяната на деня и нощта и смяната на сезоните.

На север от Арктическия кръг (66,5 градуса северна ширина) - полярен ден с продължителност от 24 на Арктическия кръг до шест месеца на Северния полюс. В южното полукълбо на 22 юни на всички географски ширини денят е по-къс от нощта, а на юг от Южния полярен кръг (66,5 градуса ю.ш.) - полярната нощ. Съответно, в северното полукълбо - лято, в южното - зима.

След лятното (22 юни) слънцестоене, поради движението на Земята по нейната орбита, в северното полукълбо височината на Слънцето постепенно намалява, дните стават по-къси, а нощите по-дълги. В южното полукълбо, напротив, Слънцето се издига по-високо, дните се удължават, нощите стават по-къси. 22 септември е денят на есенното равноденствие, след което южното полукълбо получава все повече и повече слънчева топлина, а северното – все по-малко. 22 декември е зимното слънцестоене. Лято в южното полукълбо, зима в северното полукълбо.

На екватора денят винаги е равен на нощта. Ъгълът на падане на слънчевите лъчи върху повърхността (височината на Слънцето) се променя много малко през годината - смяната на сезоните не е изразена.

Смяната на деня и нощта, смяната на сезоните определят дневните и годишните ритми в природата.