Солнечная система

Звезды

Самым распространенным небесным телом в наблюдаемой Вселенной являются звезды. По современным представлениям, звезда — это газоплазменный объект, в котором происходит термоядерный синтез при температурах свыше 10 млн градусов по шкале Кельвина. По своему химическому составу звезды близки: состоят в основном из водорода, гелия и небольшого процента тяжелых химических элементов, но существуют большие различия в их массе, светимости

и размерах. Называются примерные величины массы звезды: от 0,04 до 0,08 масс Солнца (минимальные) и от 60 до нескольких сотен масс Солнца (максимальные). Однако по этому вопросу высказываются различные взгляды. В туманности Тарантул в галактике Большое Магелланово Облако обнаружен объект (R. 136а)

со светимостью 108 светимости Солнца, что говорит о его огромной массе в 4000 масс Солнца. С помощью современного Хаббловского космического телескопа удалось уточнить структуру этого объекта, который, как оказалось, состоит из не-

скольких сверхгигантов, имеющих массу, как полагают, равную 100—150

массам Солнца. Это предположение основывается на измерении скорости истечения вещества из этих звезд, которая равна приблизительно 3500 км/с, тогда как у известных сверхгигантов спектрального класса О она равна 1000 км/с. Есть еще один кандидат на сверхмассивную звезду в галактике NGC1058, блеск которого указывает на массу в 2000 масс Солнца.

Светимость — величина полного светового потока, испускаемая единицей поверхности источника света. Светимость звезды означает, грубо говоря, силу света звезды. Для современной астрофизики светимость звезды может многое рассказать о ее внутренних процессах. Цвет, светимость звезд позволяет разделить их на классы и подклассы:

— бело-голубые с температурой поверхности от 10 000 до 30 000 К и более;

— желтые (наше Солнце) с температурой поверхности 6000 К;

— красные (холодные) с температурой поверхности 2000 К.

Кроме этого, очень важным параметром звезды является периодичность и характер изменения светимости звезды, а также наличие тесного гравитационного взаимодействия с близкими звездами-соседями. В последнем случае имеется в виду, что многие звезды обращаются вокруг общего гравитационного центра с одним или несколькими звездами компаньонами.

Изучение звезд началось с древнейших времен, о чем свидетельствуют древние источники Китая, Японии, Вавилона, и сохранение терминологии, принятой в их обозначении. Например, великий астроном Тихо Браге ввел в 1572 г. термин

«новая звезда». Он имел в виду факт рождения на небесной сфере новой звезды.

На самом деле то, что назвал Браге новой звездой, является определенным состоянием уже ранее существовавшей звезды. Существует точка зрения, что новая звезда в терминологии Т. Браге — это звезды — гравитационные двойники. Одна из этих звезд находится в очень нагретом состоянии, а другая — более холодная. Переход энергии-массы от одной звезды к другой приводит к яркой вспышке звезды, обогатившейся энергией-массой другой. Новые звезды Т. Браге называют по традиции обыкновенными новыми звездами. В нашей Галактике зафиксировано не менее 170 подобных звезд.

В 1934 г. по предложению американцев Ф. Цвикки и В. Бааде был введен

новый термин «сверхновая звезда» для обозначения объектов в галактиках,

неожиданные вспышки которых превосходили по своей светимости наблюдаемую

светимость галактик. Сверхновая звезда — это взорвавшаяся звезда с выбросом огромной энергии (1040 эрг/с), сопровождающимся истечением с высокой скоростью (до 10 000 км/с) выброшенного из звезды вещества. В 1987 г. астрономы наблюдали вспышку сверхновой звезды в галактике Большое Магелланово Облако с помощью Хаббловского космического телескопа, находящегося на околоземной орбите на расстоянии 360 км. Предварительная обработка информации, полученной с помощью Хаббловского космического телескопа, подтвердила теоретические предположения о звездах этого типа: 1)

10% массы этой звезды излучается в виде частиц нейтрино. Туманность, которая образовалась в результате взрыва сверхновой звезды, содержит не только легкие химические элементы, но и тяжелые — серу, железо, кремний и некоторые другие. Это означает, что взрыв сверхновых звезд обогащает межзвездную среду галактик тяжелыми химическими элементами; 2) после взрыва сверхновой звезды остается центральное тело — остаток звезды, которое удерживает вокруг себя образовавшуюся туманность. В конце прошлого века было известно более 1500 сверхновых звезд.

Относительно судьбы звезд между специалистами в основном нет крупных расхождений. Считается, что судьба звезды зависит главным образом от ее массы:

1) звезда с массой 1,2 массы Солнца превращается в белый карлик; 2) звезда с массой в 5 раз больше массы Солнца превращается в нейтронную звезду; 3) звезда

с массой в 10 раз больше массы Солнца превращается в черную дыру.

На существование «черных дыр» астрофизики возлагают большие надежды в связи с разгадкой расхождения между массами наблюдаемой и вычисленной применительно к нашей Галактике. Наблюдаемая масса нашей Галактики составляет всего лишь 15—20% от ее полной массы, согласно вычислениям

«господствующей» в ней силы тяготения, плотности излучения и т. п. Предполагается существование «черных дыр» внутри ядра нашей Галактики. В начале 2004 г. было сообщение в средствах массовой информации о захвате куска массивной звезды в галактике RXD-J «черной дырой». Звезда находится на расстоянии в 100 млн раз больше расстояния от Земли до Солнца: Современная астрономия обнаружила мощные источники пополнения межгалактической

среды и межзвездной среды в галактиках энергией-массой и излучением.

Цефеиды — это переменные звезды. Впервые такого рода звезда была обнаружена в созвездии Цефея. Отсюда их название. Эти звезды периодически меняют свою светимость от 1 до 50 суток (иногда и более) с амплитудой изменения блеска от 0,5т до 2т. Считают, что внутренние процессы этих звезд приводят не к взрывам, а к их расширению и сжатию с определенной периодичностью, что и ведет к изменениям их светимости. Цефеиды — сверхгиганты и гиганты. Радиус цефеид в 30 раз больше солнечного (солнечный радиус равен 700 тыс. км). Пульсары — это источники импульсного электромагнитного излучения, проявляющегося в оптическом диапазоне, в диапазонах радиоволн, рентгеновского и гамма излучений. Это обстоятельство позволяет астрономам классифицировать пульсары с учетом диапазонов их излучения.

Пульсары создают излучение с удивительной точностью их повторения или периодичности от нескольких сотен долей секунды до секунды и более. Пульсары были открыты в 1967—1968 гг. Эта периодичность наводила на мысль некоторых исследователей на разумный, цивилизованный характер импульсов излучения, существование внеземных цивилизаций. Исследования пульсаров установили, что

из более двухсот обнаруженных пульсаров практически все они находятся в нашей Галактике. Расстояние до них колеблется от 100 до 85 тыс. св. лет. Наша Галактика — 100 тыс. св. лет в поперечнике. Причем располагаются пульсары в том же спиральном рукаве, что и наше Солнце. Большинство пульсаров излучают свою энергию в диапазоне рентгеновского излучения. Определение возраста

пульсаров с периодом излучения 0,5— 2 с показало, что возраст их составляет от

1 до 30 млн лет.

Одним из объяснений пульсаров является модель «нейтронной вращающейся звезды», у которой ось вращения не совпадает с ее магнитной осью. Это создает

«магнитный конус», который ускоряет попавшие в него частицы излучения. Это излучение называется синхротронным или нетепловым.

Вопрос о статусе пульсаров не является окончательно решенным: это может быть центральное тело взорвавшейся сверхновой звезды или что-то другое. В

1987 г. был открыт очень быстрый пульсар со скоростью вращения до 2000

оборотов в секунду. Среди претендентов на пульсары выдвигаются вращающиеся

не только нейтронные, но и кварковые звезды. Нейтронная звезда — это так-

же состояние, этап в эволюции звезд с определенной массой. Температура

внутри нейтронной звезды достигает порядка 5 млрд К, плотность ее ядра имеет приблизительно 1018 г/см3. Это — некое слоенное образование. Первое объяснение нейтронной звезды принадлежит советскому физику-теоретику, Нобелевскому лауреату, академику АН СССР Л. Ландау. Это объяснение было высказано в 1932 г. и затем развивалось рядом известных физиков и астрономов. Согласно идеи А. Ландау, нейтронная звезда может возникнуть как конечная стадия сверхновой звезды. Нейтронная звезда — это небесное тело, состоящее только из нейтронов, т. е. частиц без электронного заряда. Для образования такого тела необходима стадия образования в ядре железа, которое под действием сил гравитации распадается на протоны и нейтроны, которые затем становятся основным химическим элементом звезды. Существует мнение, что объект, называемый термином «нейтронная звезда», имеет ядро из нейтронной жидкости, окруженное железной корой с температурой от 1 млрд К до 5 млрд К. Достаточно трудно представить физическую природу этого состояния. Предполагается, что нейтронная жидкость должна препятствовать дальнейшему сжатию нейтронной звезды. Нейтронная звезда с примесью кварков называется кварковой звездой.

«Белые карлики» — конечная судьба звезд, равных по массе нашему Солнцу. Образование «белого карлика» происходит поэтапно: «выгорает»полностью водород звезды, затем начинает «гореть» гелий, что приводит к образованию огромной горячей оболочки вокруг звезды, т. е. звезда превращается в «красный гигант», после этой стадии происходит сброс в окружающую среду оболочки

«красного гиганта» и оставшаяся энергия-масса звезды принимает состояние

«белого карлика». Состоянию «белого карлика» может предшествовать, как полагают астрономы, небольшая (на несколько миллионов лет) стадия

«пульсации». «Белый карлик» состоит, главным образом, из устойчивых ядер железа, заключенных в небольшом размере (в 100 раз меньше в поперечнике, чем поперечник звезды, из которой он образовывается), и с реальной высокой плотностью (в 100 млн раз превышает плотность воды).

Наше Солнце превратится в «красный гигант» приблизительно за 5 млрд лет, светимость которого будет в 100 раз больше светимости настоящего Солнца, а размер — в 400 раз больше размера Солнца. Приблизительно через 100 тыс. лет оно сбросит свою оболочку и будет превращаться в «белый карлик».

Существует мнение, что состояние «белый карлик» может рассматриваться и

для звезд с массой от 1,4 до 2,5 масс Солнца. В этом случае из-за огромной массы звезды «белый карлик» может перейти в нейтронную звезду или взорваться, обогатив тем самым окружающую среду тяжелыми химическими элементами.

Гипотезы об образовании «белых карликов» основываются на достаточно точных знаниях энерговыделения при синтезе и делении ядерных процессов.

«Черный карлик» — этим термином называют неудавшиеся звезды. Чтобы загорелась звезда, нужно преодолеть высокий энергетический барьер для возникновения плазмы. Энергия-масса «черных карликов» не позволяет оторвать ядра атомов от их электронов в веществе, из которого состоит «черный карлик».

«Черная дыра». Вычисления показывают, что звезду с массой в 10 раз больше

массы Солнца ожидает гравитационный коллапс, так как силы,

противодействующие ее гравитационному сжатию, будут значительно слабее силы притяжения, заставляющей массу звезды концентрироваться с высокой плотностью в объеме с так называемым гравитационным радиусом «черной дыры», который определяется по формуле: r g = 2Gm/c 2, где G — гравитационная постоянная, с — скорость света, r g — гравитационный радиус, т — масса звезды.

«Белая дыра» — это конечная стадия «черной дыры», которую ученые объясняют на основе обобщенного принципа термодинамики «черных дыр»: сумма энтропии «черной дыры» и энтропии окружающей ее среды никогда не убывает. Это означает, что некоторые частицы могут покидать ее, и тем самым

«черная дыра» начинает «белеть». По существу, этот принцип говорит о тепловом характере излучений «черной дыры», и, следовательно, это излучение дает информацию о происходящих внутри нее процессах.

Теория «черных и белых дыр» продолжает развиваться. В частности, высказываются взгляды о том, что «белые дыры» — это мощный источник образования энергии-материи для галактик.

«Червоточина». Этим термином называют «черную дыру», вывернутую наизнанку в пространственно-временном смысле, как туннель в другую Вселенную. В настоящее время высказывается мнение о том, что «черные дыры» возникают в системе двойных звезд.

В 1943 г. американский астроном К. Сейферт обнаружил 12 галактик с

активной центральной частью, ядром, генерирующим волны в диапазонах радиоволн (нетеплового) излучения. Это открытие способствовало развитию исследований внутреннего строения галактик, а также физико-химических процессов, происходящих в разных их областях (ближе к центру и на периферии).

Советский астроном И. С. Шкловский (1916—1985) выдвинул интересную гипотезу по поводу галактик К. Сейферта. Ядро галактик К. Сейферта является единым сильно намагниченным образованием, которое он назвал вращающимся плазменным телом, состоящим из нескольких слоев, движущихся с разными скоростями (магнитная энергия движения плазменных слоев превращается в энергию заряженных частиц, которые движутся в направлении вращения слоев плазмы).

Изучение галактик Сейферта на основе более совершенной техники привело к открытию в 60-х годах ХХ в. необычных объектов, получивших название

«квазары» (лат. quasi — якобы), т. е. «будто» звезды.

Квазар — необычные объекты, которые нельзя отнести ни к галактикам, ни к звездам. Сейчас известно около тысячи квазаров. Они расположены почти равномерно по всем направлениям небесной сферы, но расположены на разных расстояниях. Свет от самого близкого квазара идет до нас за 1 млрд лет, от самого далекого — 12 млрд лет. Мощность излучения, идущего от квазара, является переменным и фиксируется в диапазоне рентгеновских волн. Считается, что размеры квазаров невелики, порядка нескольких световых дней, время жизни порядка нескольких миллионов лет. За время своей жизни квазар выделяет огромную энергию (1060эрг).

Солнечная система представляет собой систему «звезда — планеты». В нашей Галактике приблизительно 200 млрд звезд, среди которых, как полагают специалисты, некоторые звезды имеют планеты. В Солнечную систему входит центральное тело, Солнце, и девять планет с их спутниками (известно более 60 спутников). Диаметр Солнечной системы — более 11,7 млрд км.

В начале XXI в. в Солнечной системе обнаружен объект, который астрономы назвали Седной (имя эскимосской богини океа-

на). Седна имеет диаметр в 2000 км. Один ее оборот вокруг Солнца составляет

10 500 земных лет.

Некоторые астрономы называют этот объект планетой Солнечной системы. Другие астрономы называют планетами только космические объекты, имеющие центральное ядро с относительно высокой температурой. Например, температура

в центре Юпитера, по расчетам, достигает 20 000 К. Поскольку в настоящее время

Седна находится на расстоянии около 13 млрд км от центра Солнечной системы,

то информация об этом объекте достаточно скудна. В самой дальней точке орбиты расстояние от Седны до Солнца достигает огромной величины — 130 млрд км.

В нашу звездную систему входят два пояса малых планет (астероидов). Первый находится между Марсом и Юпитером (содержит более 1 млн астероидов), второй — за орбитой планеты Нептун. Некоторые астероиды имеют диаметр более 1000 км. Внешние границы Солнечной системы окружены так называемым облаком Оорта, названо по имени нидерландского астронома, высказавшего в прошлом веке гипотезу о существовании этого облака. Как полагают астрономы, самый близкий к Солнечной системе край этого облака состоит из льдинок воды и метана (ядер комет), которые, подобно мельчайшим планетам, обращаются вокруг Солнца под действием его силы тяготения на расстоянии свыше 12 млрд км. Количество подобных миниатюрных планет исчисляется миллиардами.

В литературе часто встречается гипотеза о звезде-спутнике Солнца Немезиде. (Немезида в греч. мифологии является богиней, карающей за нарушение морали и законов). Некоторые астрономы утверждают, что Немезида находится на расстоянии 25 трлн км от Солнца в самой отдаленной точке своей орбиты вокруг Солнца и 5 трлн км — в самой близкой точке ее орбиты к Солнцу. Как полагают эти астрономы, прохождение Немезиды через облако Оорта вызывает катастрофы

в Солнечной системе, поскольку небесные тела из этого облака попадают в Солнечную систему. Астрономы с древних времен интересуются остатками тел внеземного происхождения, метеоритами. Ежедневно, как утверждают исследователи, падает на Землю около 500 внеземных тел. В 1947 г. упал метеорит, названный Сихотэ-Алиньским (юго-восточная часть Приморского края), весом в 70 т, с образованием 100 кратеров на месте падения и множества обломков, которые были разбросаны на площади в 3 км2. Все его осколки были собраны. Более 50% падающих

метеоритов — каменные метеориты, 4% — железные и 5% — железокаменные.

Среди каменных выделяют хондриты (от соответствующего греч. слова — шарик, зерно) и ахондриты. Интерес к метеоритам связан с изучением вопроса о происхождении Солнечной системы и происхождении жизни на Земле.

Наша Солнечная система делает со скоростью 240 км/с полный оборот вокруг центра Галактики за 230 млн лет. Это называется галактическим годом. Кроме этого, Солнечная система движется вместе со всеми объектами нашей Галактики

со скоростью приблизительно 600 км/с вокруг некоторого общего гравитационного центра скопления галактик. Это означает, что скорость движения Земли относительно центра нашей галактики в несколько раз больше ее скорости относительно Солнца. Кроме этого, Солнце вращается вокруг своей оси

со скоростью 2 км/с. По своему химическому составу Солнце состоит из водорода (90%), гелия (7%) и тяжелых химических элементов (2—3%). Здесь указываются приблизительные цифры. По массе атом гелия почти в 4 раза больше массы атома водорода.

Солнце — звезда спектрального класса G, располагающаяся на главной последовательности звезд диаграммы Герцшпрунга — Ресселла. Масса Солнца (2·

1030 кг) составляет практически 98,97 % всей массы Солнечной системы, на все остальные образования в этой системе (планеты и т. д.) приходится всего лишь

2% общей массы Солнечной системы. В суммарной массе всех планет основную долю составляет масса двух планет-гигантов, Юпитера и Сатурна, около 412,45 земных масс, на остальные приходится всего лишь 34 земных массы. Масса Земли

— 6 · 1024кг, 98% момента количества движения в Солнечной системе

принадлежит планетам, а не Солнцу. Солнце — это созданный природой естественный термоядерный плазменный реактор, имеющий форму шара со средней плотностью 1,41 кг/м3. Это означает, что средняя плотность на Солнце чуть больше плотности обычной на нашей Земле воды. Светимость Солнца (L) равна примерно 3,86 • 1033эрг/с. Радиус Солнца составляет округленно 700 тыс. км. Таким образом, два радиуса Солнца (диаметр) в 109 раз больше земного. Ускорение свободного падения на Солнце — 274 м/с2, на Земле — 9,8 м/с2. Это означает, что вторая космическая скорость для преодоления силы тяготения Солнца равна 700 км/с, для Земли — 11,2 км/с.

Плазма — это физическое состояние, когда ядра атомов отдельно сосуществуют с электронами. В слоенном газоплазменном

образовании под действием силы гравитации происходят существенные

отклонения от средних значений температуры, давления и т. д. в каждом слое

Солнца.

Термоядерные реакции идут внутри Солнца в шаровой области с радиусом 230 тыс. км. В центре этой области температура около 20 млн К. Она понижается к границам этой зоны до 10 млн К. Следующая шаровая область с протяженностью

280 тыс. км имеет температуру 5 млн К. В этой области термоядерные реакции не идут, поскольку пороговая для них температура в 10 млн К. Эту область называют областью переноса лучистой энергии, идущей изнутри предшествующей области.

За этой областью следует область конвекции (лат. convectio — привоз,

перенесение). В области конвекции температура достигает 2 млн К.

Конвекция — это физический процесс переноса энергии в форме тепла определенной средой. Физические и химические свойства конвективной среды могут быть различными: жидкость, газ и т. д. Свойства этой среды определяют скорость процесса переноса энергии в форме тепла в следующую область Солнца. Конвективная область или зона имеет на Солнце протяженность приблизительно

150—200 тыс. км.

Скорость движения в конвективной среде сравнима со скоростью звука (300

м/с). Величина этой скорости играет большую роль в отводе тепла из недр Солнца

в его последующие области (зоны) и в космос.

Солнце не взрывается в силу того, что скорость горения ядерного горючего внутри Солнца заметно меньше скорости отвода тепла в конвективной зоне, даже при очень резких выделениях энергии-массы. Конвективная зона в силу физических свойств опережает возможность взрыва: конвективная зона расширяется на несколько минут раньше возможного взрыва и тем самым переносит избыток энергии-массы в следующий слой, область Солнца. В ядре до конвективных зон Солнца плотность массы достигается большим количеством легких элементов (водорода и гелия). В конвективной зоне происходит процесс рекомбинации (образования) атомов, тем самым увеличивается молекулярная масса газа в конвективной зоне. Рекомбинация (лат. recombinare — соединять) происходит из остывающего вещества плазмы, обеспечивающей термоядерные реакции внутри Солнца. Давление в центре Солнца равно 100 г/см3.

На поверхности Солнца температура достигает приблизительно 6000 К. Таким

образом, температура от конвективной зоны падает до 1 млн К и достигает 6000 К

на уровне полного радиуса Солнца.

Свет — это электромагнитные волны разной длины. Область Солнца, где возникает свет, называется фотосферой (греч. фотос — свет). Область над фотосферой называется хромосферой (от греч. — цвет). Фотосфера занимает

200—300 км (0,001 радиуса Солнца). Плотность фотосферы 10-9— 10-6 г/см3, температура фотосферы убывает от ее нижнего слоя вверх до 4,5 тыс. К. В фотосфере возникают солнечные пятна и факелы. Понижение температуры в фотосфере, т. е. в нижнем слое атмосферы Солнца, достаточно типичное явление. Следующий слой — это хромосфера, его протяженность равна 7—8 тыс.км. В

этом слое температура начинает расти до 300 тыс, К. Следующий атмосферный

слой — солнечная корона — в ней температура уже достигает 1,5—2 млн К. Солнечная корона распространяется на несколько десятков радиусов Солнца и затем рассеивается в межпланетном пространстве. Эффект увеличения температуры в солнечной короне Солнца связывают с таким явлением, как

«солнечный ветер». Это — газ, образующий солнечную корону, состоит в основном из протонов и электронов, скорость которых увеличивается согласно одной из точек зрения, так называемыми волнами световой активности из зоны конвекции, разогревающими корону. Каждую секунду Солнце теряет 1/100 часть своей массы, т. е. приблизительно 4 млн τ за секунду. «Расставание» Солнца со своей энергией-массой проявляется в форме тепла, электромагнитного излучения, солнечного ветра. Чем дальше от Солнца, тем меньше вторая космическая скорость, необходимая для выхода частиц, образующих «солнечный ветер», из поля тяготения Солнца. На расстоянии Земной орбиты (150 млн км) скорость частиц солнечного ветра достигает 400 м/с. Среди множества проблем исследования Солнца важное место занимает проблема солнечной активности, с которой связан ряд таких явлений, как солнечные пятна, активность магнитного поля Солнца и солнечная радиация. Солнечные пятна образуются в фотосфере. Среднее годовое число солнечных пятен измеряется 11 -летним периодом. По своей протяженности они могут достигать в поперечнике до 200 тыс. км. Температура солнечных пятен ниже, чем температура фотосферы, в которой они образуются, на 1—2 тыс. К, т. е. 4500 К и ниже. Поэтому они выглядят темными. Появление

солнечных пятен связывают с изменением магнитного поля Солнца. В

солнечных пятнах напряженность магнитного поля значительно выше, чем в других областях фотосферы.

Две точки зрения в объяснении магнитного поля Солнца:

1. Магнитное поле Солнца возникло в процессе образования Солнца. Поскольку магнитное поле упорядочивает процесс выброса энергии-массы Солнца в окружающую среду, то согласно этой позиции 11-летний цикл появления пятен не является закономерностью. В 1890 г. директор Гринвичской обсерватории (основана в 1675 г. в предместье Лондона) Э. Маудер заметил, что с

1645 по 1715 г. нет упоминаний об 11-летних циклах. Гринвичский меридиан —

это нулевой меридиан, от которого ведется отсчет долгот на Земле.

2. Вторая точка зрения представляет Солнце как некую динамо-машину, в которой электрически заряженные частицы, входящие в плазму, создают мощное магнитное поле, резко возрастающее через 11-летние циклы. Существует гипотеза

об особых космических условиях, в которых находится Солнце и Солнечная система. Речь идет о так называемом коротационном круге (англ. corotation — совместное вращение). В коротационном круге на определенном его радиусе, согласно некоторым исследованиям, происходит синхронное вращение спиральных рукавов и самой Галактики, что создает особые физические условия для движения структур, входящих в этот круг, где находится и Солнечная система.

В современной науке развивается точка зрения о тесной связи процессов,

происходящих на Солнце, с жизнью человека на Земле. Наш соотечественник А.

Л. Чижевский (1897—1964) является одним из основоположников гелиобиологии, изучающей влияние энергии Солнца на развитие живых организмов и человека. Например, исследователи обратили внимание на временные совпадения крупных событий в социальной жизни человека с периодами вспышек солнечной активности. В прошлом столетии максимум активности Солнца приходился на

1905—1907, 1917, 1928, 1938, 1947, 1968, 1979 и 1990-1991 гг.

Происхождение Солнечной системы. Происхождение Солнечной системы из газопылевого облака межзвездной среды (МЗС) является наиболее признанной концепцией. Высказывается мнение, что масса исходного для образования

Солнечной системы облака была равна 10 массам Солнца. В этом облаке

решающим был химический его состав (около 70% составлял водород, около 30%

— гелий и 1—2% — тяжелые химические элементы). Прибли-

зительно 5 млрд лет назад из этого облака образовалось плотное сгущение,

названное протосолнечным диском. Как полагают, взрыв сверхновой звезды в нашей Галактике придал этому облаку динамический импульс вращения и фрагментации: образовались протозвезда и протопланетный диск. Согласно этой концепции процесс образования протосолнца и протопланетного диска происходил быстро, за 1 млн лет, что привело к сосредоточению всей энергии- массы будущей звездной системы в ее центральном теле, а момент количества движения — в протопланетном диске, в будущих планетах. Считается, что эволюция протопланетного диска происходила за 1 млн лет. Шло слипание частичек в центральной плоскости этого диска, которое в дальнейшем привело к образованию сгущений частиц, вначале небольших, затем — более крупных тел, которые геологи называют планетеземалеями. Из них, как полагают, образовались будущие планеты. Эта концепция основывается на результатах компьютерных моделей. Есть и другие концепции. Например, в одной из них говорится, что на рождение Солнца-звезды потребовалось 100 млн лет, когда в прото Солнце возникла реакция термоядерного синтеза. Согласно этой концепции планеты Солнечной системы, в частности земной группы, возникли за те же 100 млн лет, из массы, оставшейся после образования Солнца. Часть этой массы была удержана Солнцем, другая — растворилась в межзвездном пространстве.

В январе 2004 г. было сообщение в зарубежных изданиях об открытии в созвездии Скорпиона звезды, по размерам, светимости и массе подобной Солнцу. Астрономов интересует в настоящее время вопрос: есть ли у этой звезды планеты?

Существует несколько загадок в изучении Солнечной системы.

1. Гармония в движении планет. Все планеты Солнечной системы обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. Движение всех планет Солнечной системы происходит в одной и той же плоскости, центр которой расположен в центральной части экваториальной плоскости Солнца. Плоскость, образованная орбитами планет, называется плоскостью эклиптики.

2. Все планеты и Солнце вращаются вокруг собственной оси. Оси вращения Солнца и планет, за исключением планеты Уран, направлены, грубо говоря, перпендикулярно плоскости эклиптики. Ось Урана направлена к плоскости эклиптики почти параллельно, т. е. он вращается лежа на боку. Еще его одна особенность — он вращается вокруг своей оси в другом направлении, как

и Венера, в отличие от Солнца и остальных планет. Все остальные планеты и

Солнце вращаются против направления движения стрелки часов. Уран имеет 15

спутников.

3. Между орбитами Марса и Юпитера существует пояс малых планет. Это так называемый астероидный пояс. Малые планеты имеют в диаметре от 1 до 1000 км. Их общая масса меньше 1/700 массы Земли.

4. Все планеты делятся на две группы (земную и неземную). Первые — это планеты с высокой плотностью, в их химическом составе главное место занимают тяжелые химические элементы. Они невелики по размерам и медленно вращаются вокруг своей оси. К этой группе относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс. В настоящее время высказываются предположения о том, что Венера — это прошлое Земли, а Марс — ее будущее.

Ко второй группе относятся: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Они состоят из легких химических элементов, быстро вращаются вокруг своей оси, медленно обращаются вокруг Солнца и получают меньше лучистой энергии от Солнца. Ниже (в таблице) приводятся данные о средней температуре поверхности планет по шкале Цельсия, продолжительности дня и ночи, длительности года, диаметре планет Солнечной системы и массы планеты по отношению к массе

Земли (принятой за 1).

Расстояние между орбитами планет приблизительно удваивается при переходе

от каждой из них к последующей. Это было отмечено еще в 1772 г. астрономами

И. Тициусом и И. Боде, отсюда появилось название «Правило Тициуса — Боде», соблюдаемое в расположении планет. Если принять расстояние Земли до Солнца (150 млн км) за одну астрономическую единицу, то получается следующее расположение планет от Солнца по этому правилу:

Меркурий — 0,4 а. е. Венера — 0,7 а. е. Земля — 1 а. е. Марс — 1,6 а. е. Астероиды — 2,8 а. е. Юпитер — 5,2 а. е. Сатурн — 10,0 а. е. Уран — 19,6 а. е. Нептун — 38,8 а. е. Плутон — 77,2 а. е.

Таблица. Данные о планетах Солнечной системы

Планета	Средняя температура на поверхности по шкале Цельсия	Продолж ительност ь дня и ночи	Длительнос ть года	Диаметр, км	Масса (по отношению к земной принятой за 1)	Плотность, г/см3	Состав атмосферы
Меркурий		58,65 дн.	87,96 дн.		0,04	5,42	Н, Не
Венера		243,01 дн.	224,70 дн.		0,81	5,11	СO2, N
Земля		23,93 ч	365,25 дн.		1,00	5,52	N, О, СО2, Ar
Марс	-60	24,63 ч	686,68 дн.		0,11	3,95	N, CO2, Ar
Юпитер	-150	9,90 ч	11,86 г		316,94	1,33	Η, ΝΗ3, СН4
Сатурн	-180	10,67 ч	23,46 г.		94,9	0,69	NH3, CH4
Уран	-210	17,90 ч	84,02 г.		14,66	1,56	СН4
Нептун	-220	19,2 ч	164,77 г.		17,16	2,27	Η, Не, СН4
Плутон	-230	6,39 дн.	247,69 г.		0,7	4,00	CH4, N

При рассмотрении истинных расстояний планет до Солнца оказывается, что

Плутон в некоторые периоды находится ближе к Солнцу, чем Нептун, и,

следовательно, он меняет свой порядковый номер по правилу Тициуса — Боде.

Загадка планеты Венера. В древних астрономических источниках возрастом в

3,5 тыс. лет (китайские, вавилонские, индийские) нет упоминаний о Венере. Американский ученый И. Великовский в книге «Сталкивающиеся миры», появившейся в 50-х гг. ХХ в., высказал гипотезу о том, что планета Венера заняла свое место всего лишь недавно, в период формирования древних цивилизаций. Приблизительно раз в 52 года Венера подходит близко к Земле, на расстояние 39 млн км. В период великого противостояния, каждые 175 лет, когда все планеты выстраиваются друг за другом в одном направлении, на расстояние 55 млн км Марс приближается к Земле.

Астрономы пользуются сидерическим временем для наблюдения положения звезд и других объектов неба, поскольку они появляются в ночном небе в одно и

то же сидерическое время. Солнечное время — время, измеряемое

относительно Солнца. Когда Земля де. лает полный оборот вокруг своей оси

относительно Солнца, проходят одни сутки. Если же оборот Земли рассматривать относительно звезд, то за этот оборот Земля сдвинется по своей орбите на 1/365 часть пути вокруг Солнца, т. е. на 3 мин 56 с. Это время называется сидерическим (лат. siederis — звезда).

ВЫВОДЫ

1. Развитие современной астрономии постоянно расширяет знание о строении и объектах доступной для исследования Вселенной. Этим объясняется различие данных о количестве звезд, галактик и других объектах, которые приводятся в литературе.

2. Открыто несколько десятков планет, находящихся в нашей Галактике и вне ее.

3. Открытие Седны в качестве 10-й планеты Солнечной системы существенно изменяет наши представления о размерах Солнечной системы и ее взаимодействии с

другими объектами нашей Галактики.

4. В целом следует сказать, что астрономия лишь со второй половины прошлого века стала изучать самые далекие объекты Вселенной на основе более современных средств

наблюдения и исследования.

5. Современную астрономию интересует объяснение наблюдаемого эффекта движения (дрейфа) значительных масс вещества с большой скоростью относительно

реликтового излучения. Речь идет о так называемой Великой

стене. Это гигантское скопление галактик, находящееся на расстоянии 500 млн световых лет от нашей Галактики. Достаточно популярное изложение подходов к объяснению этого эффекта опубликовано в статьях журнала «В мире науки»1. 6. К сожалению, в изучении космоса снова проявляются военные интересы ряда стран.

Например, космическая программа США.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И СЕМИНАРОВ

1. Формы галактик.

2. От каких факторов зависит судьба звезды?

3. Концепции образования Солнечной системы.

4. Сверхновые звезды и их роль в формировании химического состава межзвездной среды.

5. Отличие планеты от звезды.

1 2004. № 5. С. 33-66.

Глава 4.2. БИОСФЕРА, КЛИМАТ И СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ

Основные понятия: внутреннее строение Земли, теория движения литосферных плит,

биосфера и климат Земли

Дата добавления: 2014-11-29