Наука о происхождении небесных тел – космогония. Первые космогонические гипотезы

Древо астрономических знаний Классическая астрономия Астрометрия:Сферическая астрономия Фундаментальная астрометрия Практическая астрономия Небесная механика Современная астрономия Астрофизика Космогония Космология Историю астрономии можно разбить на периоды: I-й Античный мир (до НЭ) II-й Дотелескопический (НЭ до 1610г) III-й Телескопический (до спектроскопии, гг) IV-й Спектроскопический (до фотографии, гг) V-й Современный (1900-н.в) Древнейший (до 1610г) Классический () Современный (н.в)

Космические системы Солнечная система Видимые на небе звезды Галактики 1 астрономическая единица = 149, 6 млн.км 1пк (парсек) = а.е. = 3, 26 св. лет 1 световой год (св. год) - это расстояние, которое луч света со скоростью почти км/с пролетает за 1 год и равен 9,46 миллионам миллионов километров!

Связь с другими науками 1 - гелиобиология 2 - ксенобиология 3 - космическая биология и медицина 4 - математическая география 5 - космохимия А - сферическая астрономия Б - астрометрия В - небесная механика Г - астрофизика Д - космология Е - космогония Ж - космофизика Физика Химия Биология География и геофизика История и обществознание Литература Философия

Телескопы Рефлектор (reflecto– отражаю)- 1667г, Исаак Ньютон (Англия). Рефрактор (refracto– преломляю)- 1609г, Галилео Галилей (Италия). Зеркально-линзовый – 1930г, Барнхард Шмидт (Эстония). Разрешающая способность α= 14"/D или α= ·λ/D Светосила Е=~S=(D/d хр) 2 Увеличение W=F/f=β/α

Главное зеркало 10-метрового телескопа Кек. Состоит из 36 шестиугольных 1,8-м гексагональных зеркал Поскольку телескопы "Кек I" и "Кек II" находятся на расстоянии около 85 м друг от друга, они имеют разрешение, эквивалентное телескопу с 85-метровым зеркалом, т.е. около 0,005 дуговых секунды.

Космические объекты излучают весь спектр электромагнитных излучений, значительная часть невидимого излучения поглощается атмосферой Земли. Поэтому в космос запускают специализированные космические обсерватории для исследования в инфракрасном, рентгеновском и гамма - диапазонах. Телескоп Хаббл (НST), работает с г. Длина - 15,1 м, вес 11,6 тонн, зеркало 2,4 м

Наверное, нет ни одного человека на всей планете, кто не задумывался о непонятных мерцающих точках на небе, которые видны ночью. Почему Луна ходит вокруг Земли? Все это и даже больше изучает астрономия. Что такое планеты, звезды, кометы, когда будет затмение и почему в океане происходят приливы - на эти и многие другие вопросы отвечает наука. Давайте разберемся в ее становлении и значении для человечества.

Определение и структура науки

Астрономия - это наука о строении и происхождении различных космических тел, небесной механике и развитии вселенной. Название ее происходит от двух древнегреческих слов, первое из которых означает «звезда», а второе - «установление, обычай».

Астрофизика изучает состав и свойства небесных тел. Подразделом ее является звездная астрономия.

Небесная механика отвечает на вопросы о движении и взаимодействии космических объектов.

Космогония занимается происхождением и эволюцией вселенной.

Таким образом, сегодня обычные земные науки с помощью современной техники могут распространить область исследования далеко за пределы нашей планеты.

Предмет и задачи

В космосе, оказывается, находится очень много самых разнообразных тел и объектов. Все они изучаются и составляют, собственно, предмет астрономии. Галактики и звезды, планеты и метеоры, кометы и антивещество - все это лишь сотая доля вопросов, которые ставит перед собой эта дисциплина.

Недавно появилась потрясающая возможность практического С этого времени космонавтика (или астронавтика) гордо стала плечом к плечу с академическими исследователями.

Об этом человечество мечтало давно. Первая известная повесть - «Сомниум», написанная в первой четверти семнадцатого века. И только в двадцатом столетии люди смогли взглянуть на нашу планету со стороны и посетить спутник Земли - Луну.

Темы астрономии не ограничиваются только этими проблемами. Далее мы поговорим более подробно.

Какие же методики применяются для решения задач? Первая и самая древняя из них - наблюдение. Следующие возможности появились только недавно. Это фотография, запуск космических станций и искусственных спутников.

Вопросы, касающиеся происхождения и эволюции вселенной, отдельных объектов, пока не могут быть в достаточной мере изучены. Во-первых, не хватает накопленного материала, а во-вторых, многие тела находятся слишком далеко для точного изучения.

Виды наблюдений

Вначале человечество могло похвастаться лишь обычным визуальным наблюдением за небосводом. Но и такой примитивный метод дал просто потрясающие результаты, о которых мы поговорим немного позже.

Астрономия и космос сегодня связанны как никогда. Объекты изучают с помощью новейшей техники, что позволяет развиваться многим отраслям этой дисциплины. Давайте познакомимся с ними.

Оптический метод. Древнейший вариант наблюдения с помощью невооруженных глаз, при участии биноклей, подзорных труб, телескопов. Сюда же относится и изобретенная недавно фотография.

Следующий раздел касается регистрации инфракрасного излучения в космосе. С его помощью фиксируют невидимые предметы (например, скрытые за газовыми облаками) или состав небесных тел.

Значение астрономии невозможно переоценить, ведь она отвечает на один из вечных вопросов: откуда мы произошли.

Следующие методики исследуют вселенную на предмет гамма-излучений, рентгеновских волн, ультрафиолета.

Также существуют методики, не связанные с электромагнитным излучением. В частности, одна из них базируется на теории нейтринного ядра. Гравитационно-волновая отрасль изучает космос по распространению этих двух действий.
Таким образом, виды наблюдений, известные в нынешнее время, значительно расширили возможности человечества в освоении космоса.

Давайте посмотрим на процесс становления этой науки.

Зарождение и первые этапы развития науки

В древности, во времена первобытнообщинного строя, люди только начинали знакомиться с миром и определять явления. Они пытались осознать смену дня и ночи, сезоны года, поведение непонятных вещей, таких как гром, молния, кометы. Что такое Солнце и Луна - тоже пока оставалось загадкой, поэтому их причисляли к божествам.
Однако, несмотря на это, уже в эпоху расцвета Шумерского царства жрецы в зиккуратах делали достаточно сложные вычисления. Они разделили видимые светила на созвездия, выделили в них известный сегодня «зодиакальный пояс», разработали лунный календарь, состоящий из тринадцати месяцев. Также ими был открыт «цикл Метона», правда, немного раньше это сделали китайцы.

Египтяне продолжили и углубили изучение небесных тел. У них вообще сложилась потрясающая ситуация. Река Нил разливается в начале лета, как раз в это время на горизонте начинает появляться которая пряталась в зимние месяцы на небосвод другого полушария.

В Египте впервые начали делить сутки на 24 часа. Но неделя в начале у них была десятидневной, то есть месяц состоял из трех декад.

Однако наибольшее развитие древняя астрономия получила в Китае. Здесь умудрились практически точно рассчитать длину года, могли прогнозировать солнечные и лунные затмения, вели учет комет, пятен на Солнце и прочих необычных явлений. В конце второго тысячелетия до нашей эры появляются первые обсерватории.

Период античности

История астрономии в нашем понимании невозможна без греческих созвездий и терминов в небесной механике. Хотя вначале эллины и ошибались очень сильно, но со временем они смогли сделать достаточно точные наблюдения. Ошибка, например, состояла в том, что появляющуюся утром и вечером Венеру они считали двумя разными объектами.

Первыми, кто особое внимание уделил этой сфере знаний, были пифагорейцы. Они знали, что Земля имеет форму шара, а день и ночь сменяются, потому что она вращается вокруг своей оси.

Аристотель смог рассчитать окружность нашей планеты, правда, ошибся в большую сторону вдвое, но и такая точность для того времени была высока. Гиппарх смог рассчитать длину года, ввел такие географические понятия, как широта и долгота. Составил таблицы солнечных и лунных затмений. По ним можно было предсказать эти явления с точностью до двух часов. Поучиться бы нашим метеорологам у него!

Последним светилом античного мира был Клавдий Птолемей. Имя этого ученого история астрономии сохранила навсегда. Гениальнейшая ошибка, определившая надолго развитие человечества. Он доказал гипотезу, по которой Земля находится в а все небесные тела вращаются вокруг нее. Благодаря воинственному христианству, пришедшему на смену римскому миру, многие науки были заброшены, такие как астрономия тоже. Что такое и какова окружность Земли, никого не интересовало, больше спорили о том, сколько ангелов пролезет в ушко иглы. Поэтому геоцентрическая схема мира на многие века стала мерилом истины.

Астрономия индейцев

Инки рассматривали небосвод немного иначе, чем остальные народы. Если обратиться к термину, то астрономия - это наука о движении и свойствах небесных тел. Индейцы же этого племени в первую очередь выделяли и особо почитали «Великую Небесную Реку» - Млечный путь. На Земле ее продолжением была Вильканота - главная река возле города Куско - столицы инкской империи. Считалось, что Солнце, зайдя на западе, опускалось на дно этой реки и по нему переходило на восточную часть небосклона.

Достоверно известно, что инки выделяли следующие планеты - Луна, Юпитер, Сатурн и Венера, причем без телескопов сделали наблюдения, которые смог повторить только Галилей с помощью оптики.

Обсерваторией у них были двенадцать столбов, которые располагались на пригорке возле столицы. С их помощью определялось положение Солнца на небосводе и фиксировалась смена времен года, месяцев.

Майя же, в отличие от инков, развили знания очень глубоко. Основная масса того, что изучает астрономия сегодня, была им известна. Они сделали очень точный расчет продолжительности года, месяц делили на две недели по тринадцать дней. Началом же хронологии считался 3113 год до нашей эры.

Таким образом, мы видим, что в Древнем мире и среди племен «варваров», каковыми их считали «цивилизованные» европейцы, изучение астрономии было на очень высоком уровне. Давайте посмотрим, чем же могли похвастать в Европе после падения античных государств.

Средневековье

Благодаря усердию инквизиции в позднем средневековье и слабому развитию племен на раннем этапе этого периода многие науки шагнули назад. Если в эпоху античности люди знали, что изучает астрономия, и многие интересовались подобной информацией, то в средние века более развитой стала теология. За разговоры о том, что Земля круглая, а Солнце располагается в центре, можно было сгореть на костре. Подобные слова считались кощунством, а люди назывались еретиками.

Возрождение, как ни странно, пришло с востока через Пиренеи. Арабы принесли в Каталонию знания, сохраненные их предками еще со времен Александра Македонского.

В пятнадцатом века кардинал Кузанский высказывал мнение, что вселенная бесконечна, а Птолемей ошибается. Подобные изречения были богохульными, но очень сильно опережали время. Поэтому их посчитали бредом.

Но революцию совершил Коперник, который перед смертью решился опубликовать исследование всей своей жизни. Он доказал, что в центре находится Солнце, а Земля и остальные планеты вращаются вокруг него.

Планеты

Это небесные тела, которые вращаются по орбите в космосе. Свое название они получили от древнегреческого слова «странник». Почему так? Потому что древним людям они казались путешествующими звездами. Остальные стоят на обычных местах, а они каждый день передвигаются.

В чем их отличие от других объектов во вселенной? Во-первых, планеты достаточно мелкие. Размер им позволяет очистить свой путь от планетезималей и прочего мусора, но его недостаточно для того, чтобы началась как у звезды.

Во-вторых, благодаря своей массе, они приобретают округлую форму, а вследствие определенных процессов формируют себе плотную поверхность. В-третьих, планеты обычно вращаются в определенной системе вокруг звезды или ее останков.

Древние люди считали эти небесные тела «посланниками» богов или полубожествами, более низкого ранга, чем, например, Луна или Солнце.

И только Галилео Галилей впервые с помощью наблюдений в первые телескопы смог сделать вывод, что в нашей системе все тела ходят по орбитам вокруг Солнца. За что и пострадал от инквизиции, заставившей его замолчать. Но дело было продолжено.

По определению, признанному сегодня большинством, планетой считаются только тела с достаточной массой, которые вращаются вокруг звезды. Остальное - это спутники, астероиды и прочее. С точки зрения науки одиночек в этих рядах нет.

Итак, время, за которое планета делает полный круг по своей орбите вокруг звезды, называется планетарным годом. Наиболее близкое место на ее пути к звезде - это периастр, а самое дальнее - апоастр.

Второе, что важно знать о планетах, это то, что у них наклонена ось относительно орбиты. Благодаря этому при вращении полушария получают разное количество света и радиации от звезд. Так происходит смена сезонов, времени суток, на Земле еще и сформировались климатические зоны.

Немаловажным является то, что планеты кроме своего пути вокруг звезды (за год), еще вращаются вокруг своей оси. В этом случае полный круг называется «сутки».
И последняя особенность подобного небесного тела - это чистая орбита. Для нормального функционирования планета должна по пути, сталкиваясь с различными более мелкими объектами, уничтожить всех «конкурентов» и путешествовать в гордом одиночестве.

В нашей Солнечной системе есть разные планеты. Астрономия всего насчитывает их восемь. Первые четыре относятся к «земной группе» - Меркурий, Венера, Земля, Марс. Остальные делятся на газовых (Юпитер, Сатурн) и ледяных (Уран, Нептун) гигантов.

Звезды

Мы их видим каждую ночь на небосклоне. Черное поле, усеянное блестящими точками. Они формируют группы, которые называются созвездиями. И все же не зря же в их честь названа целая наука - астрономия. Что такое «звезда»?

Ученые говорят, что невооруженным глазом при достаточно хорошем уровне зрения человек может увидеть по три тысячи небесных объектов в каждом из полушарий.
Они издавна манили человечество своим мерцанием и «неземным» смыслом существования. Давайте разберемся подробнее.

Итак, звезда - это массивный комок газа, некое облако с достаточно высокой плотностью. Внутри его происходят или происходили ранее термоядерные реакции. Масса подобных объектов позволяет им формировать вокруг себя системы.

При изучении этих космических тел ученые выделили несколько способов классификации. Вы, наверное, слышали о «красных карликах», «белых гигантах» и прочих «жителях» вселенной. Итак, на сегодня одна из наиболее универсальных классификаций - типология Моргана-Кинана.

Она подразумевает деление звезд по величине и спектру излучения. По убыванию группы носят названия в виде букв латинского алфавита: O, B, A, F, G, K, M. Чтобы вы немного разобрались в ней и нашли точку отсчета, Солнце, согласно этой классификации, попадает в группу «G».

Откуда же берутся подобные гиганты? Они формируются из наиболее распространенных во вселенной газов - водорода и гелия, а вследствие гравитационной компрессии приобретают окончательную форму и вес.

Наша звезда - это Солнце, а ближайшая к нам - проксима Центавра. Она располагается в системе и находится от нас на расстоянии 270 тысяч расстояний от Земли до Солнца. А это около 39 триллионов километров.

Вообще все звезды измеряются в соответствии с Солнцем (их масса, размер, яркость в спектре). Расстояние же до подобных объектов считается в световых годах или парсеках. Последний равен примерно 3,26 светового года, или 30,85 триллионов километров.

Любители астрономии, несомненно, должны знать и разбираться в этих цифрах.
Звезды, как и все в нашем мире, вселенной, рождаются, развиваются и умирают, в их случае - взрываются. Согласно гарвардской шкале, они делятся по спектру от голубых (молодых) до красных (старых). Наше Солнце относится к желтым, то есть «зрелого возраста».

Также существуют коричневые и белые карлики, красные гиганты, переменные звезды и много других подтипов. Они отличаются уровнем содержания разных металлов. Ведь именно сгорание разных веществ вследствие термоядерных реакций позволяет измерять спектр их излучения.

Также существуют названия "новая", "сверхновая" и "гиперновая". Эти понятия не совсем отражаются в терминах. Звезды - как раз старые, в основном заканчивающее свое существование взрывом. А слова эти обозначают всего лишь то, что их заметили только во время коллапса, до этого они совершенно не фиксировались даже в самые лучшие телескопы.

Если смотреть на небо с Земли, отчетливо видны скопления. Древние люди давали им имена, слагали о них легенды, помещали туда своих богов и героев. Сегодня мы знаем такие названия, как Плеяды, Кассиопея, Пегас, пришедшие к нам от древних греков.

Однако сегодня учеными выделяются Если говорить просто, то представьте, что мы видим на небе не одно Солнце, а два, три или даже больше. Таким образом, существуют двойные, тройные звезды и скопления (там, где светил больше).

Занимательные факты

Планета вследствие разных причин, например, удаленности от звезды, может «уйти» в открытый космос. В астрономии такое явление получило название «планета-сирота». Хотя большинство ученых все-таки настаивают на том, что это протозвезды.

Интересной особенностью звездного неба является то, что фактически оно не такое, каким мы его видим. Многие объекты уже давно взорвались и перестали существовать, но находились настолько далеко, что мы до сих пор видим свет от вспышки.

Недавно была распространена мода на поиск метеоритов. Как же определить что перед вами: камень или небесный пришелец. На этот вопрос отвечает занимательная астрономия.

В первую очередь метеорит плотнее и тяжелее большинства материалов земного происхождения. Благодаря содержанию железа он имеет магнетические свойства. Также поверхность небесного объекта будет оплавленной, поскольку во время падения он перенес сильнейшую температурную нагрузку вследствие трения с атмосферой Земли.

Мы рассмотрели основные моменты такой науки, как астрономия. Что такое звезды и планеты, историю становления дисциплины и некоторые забавные факты вы узнали из статьи.

Происхождение Земли (космогонические гипотезы)

Космогонические гипотезы. Научный подход к вопросу о происхождении Земли и Солнечной системы стал возможен после укрепления в науке мысли о материальном единстве во Вселенной. Возникает наука о происхождении и развитии небесных тел - космогония.

Первые попытки дать научное обоснование вопросу о происхождении и развитии Солнечной системы были сделаны 200 лет назад.

Все гипотезы о происхождении Земли можно разбить на две основные группы: небулярные (лат. «небула» - туман, газ) и катастрофические. В основе первой группы лежит принцип образования планет из газа, из пылевых туманностей. В основе второй группы - различные катастрофические явления (столкновение небесных тел, близкое прохождение друг от друга звезд и т.д.).

Гипотеза Канта и Лапласа. Первой научной гипотезой о происхождении Солнечной системы была гипотеза И. Канта (1755). Независимо от него другой ученый - французский математик и астроном П. Лаплас - пришел к тем же выводам, но разработал гипотезу более глубоко (1797). Обе гипотезы сходны между собой по существу и часто рассматриваются как одна, а авторов ее считают основоположниками научной космогонии.

Гипотеза Канта-Лапласа относится к группе небулярных гипотез. Согласно их концепции, на месте Солнечной системы располагалась ранее огромная газо-пылевая туманность (пылевая туманность из твердых частиц, по мнению И. Канта; газовая - по предположению П. Лапласа). Туманность была раскаленной и вращалась. Под действием законов тяготения материя ее постепенно уплотнялась, сплющивалась, образуя в центре ядро. Так образовалось первичное Солнце. Дальнейшее охлаждение и уплотнение туманности привело к увеличению угловой скорости вращения, вследствие чего на экваторе произошло отделение наружной части туманности от основной массы в виде колец, вращающихся в экваториальной плоскости: их образовалось несколько. В качестве примера Лаплас приводил кольца Сатурна. Неравномерно охлаждаясь, кольца разрывались, и вследствие притяжения между частицами происходило образование планет, обращающихся вокруг Солнца. Остывающие планеты покрывались твердой корой, на поверхности которой стали развиваться геологические процессы.

И. Кант и П. Лаплас верно подметили основные и характерные черты строения Солнечной системы:

подавляющая часть массы (99,86%) системы сосредоточена в Солнце;

планеты обращаются почти по круговым орбитам и почти в одной и той же плоскости;

все планеты и почти все их спутники вращаются в одну и ту же сторону, все планеты вращаются вокруг своей оси в ту же сторону.

Значительной заслугой И. Канта и П. Лапласа явилось создание гипотезы, в основу которой была положена идея развития материи. Оба ученых считали, что туманность обладала вращательным движением, вследствие чего произошло уплотнение частиц и образование планет и Солнца. Они полагали, что движение неотделимо от материи и так же вечно, как и сама материя.

Гипотеза Канта-Лапласа существовала в течение почти двух сотен лет. Впоследствии была доказана ее несостоятельность. Так, стало известно, что спутники некоторых планет, например Урана и Юпитера, вращаются в ином направлении, чем сами планеты. По данным современной физики, газ, отделившийся от центрального тела, должен рассеяться и не может сформироваться в газовые кольца, а позднее - в планеты. Другими существенными недостатками гипотезы Канта и Лапласа являются следующие.

Известно, что момент количества движения во вращающемся теле всегда остается постоянным и распределяется равномерно по всему телу пропорционально массе, расстоянию и угловой скорости соответствующей части тела. Этот закон распространяется и на туманность, из которой сформировались Солнце и планеты. В Солнечной системе количество движения не соответствует закону распределения количества движения в массе, возникшей из одного тела. В планетах Солнечной системы сосредоточено 98% момента количества движения системы, а Солнце имеет только 2%, в то время как на долю Солнца приходится 99,86% всей массы Солнечной системы.

Если сложить моменты вращения Солнца и других планет, то при расчетах окажется, что первичное Солнце вращалось с той же скоростью, с какой сейчас вращается Юпитер. В связи с этим Солнце должно было обладать тем же сжатием, что и Юпитер. А этого, как показывают расчеты, недостаточно, чтобы вызвать дробление вращающегося Солнца, которое, как считали Кант и Лаплас, распалось вследствие избытка вращения.

3. В настоящее время доказано, что звезда, обладающая избытком вращения, распадается на части, а не образует семейство планет. Примером могут служить спектрально-двойные и кратные системы.

Гипотеза Джинса. После гипотезы Канта-Лапласа в космогонии было создано еще несколько гипотез образования Солнечной системы.

Появляются так называемые катастрофические, в основе которых лежит элемент случайности, элемент счастливого стечения обстоятельств:

Бюффон - Земля и планеты образовались за счет столкновения Солнца с кометой; Чемберлен и Мультон - образование планет связано с приливным воздействием проходящей мимо Солнца другой звезды.

В качестве примера гипотезы катастрофического направления рассмотрим концепцию английского астронома Джинса (1919). В основу его гипотезы положена возможность прохождения вблизи Солнца другой звезды. Под действием ее притяжения из Солнца вырвалась струя газа, которая при дальнейшей эволюции превратилась в планеты Солнечной системы. Газовая струя по своей форме напоминала сигару. В центральной части этого вращающегося вокруг Солнца тела образовались крупные планеты - Юпитер и Сатурн, а в концах «сигары» - планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Плутон.

Джине полагал, что прохождение звезды мимо Солнца, обусловившее образование планет Солнечной системы, позволяет объяснить несоответствие в распределении массы и момента количества движения в Солнечной системе. Звезда, вырвавшая газовую струю из Солнца, придала вращающейся «сигаре» избыток момента количества движения. Таким образом устранялся один из основных недостатков гипотезы Канта-Лапласа.

В 1943 г. русский астроном Н. И. Парийский вычислил, что при большой скорости звезды, проходившей мимо Солнца, газовый протуберанец должен был уйти вместе со звездой. При малой скорости звезды газовая струя должна была упасть на Солнце. Только в случае строго определенной скорости звезды газовый протуберанец мог бы стать спутником Солнца. В этом случае его орбита должна быть в 7 раз меньше орбиты самой близкой к Солнцу планеты - Меркурия.

Таким образом, гипотеза Джинса, так же как и гипотеза Канта-Лапласа, не смогла дать верного объяснения непропорциональному распределению момента количества движения в Солнечной системе. Самым большим недостатком этой гипотезы является факт случайности, исключительности образования семьи планет, что противоречит материалистическому мировоззрению и имеющимся фактам, говорящим о наличии планет в других звездных мирах. Кроме того, расчеты показали, что сближение звезд в мировом пространстве практически исключено, и даже если бы это произошло, проходящая звезда не могла бы придать планетам движение по круговым орбитам.

Современные гипотезы. Больших успехов в развитии космогонии достигли ученые нашей страны. Наиболее популярными являются гипотезы о происхождении Солнечной системы, созданные О. Ю. Шмидтом и В. Г. Фесенковым. Оба ученых при разработке своих гипотез исходили из представлений о единстве материи во Вселенной, о непрерывном движении и эволюции материи, являющихся ее основными свойствами, о разнообразии мира, обусловленного различными формами существования материи.

Гипотеза О. Ю. Шмидта. Согласно концепции О.Ю. Шмидта, Солнечная система образовалась из скопления межзвездной материи, захваченной Солнцем в процессе движения в мировом пространстве. Солнце движется вокруг центра Галактики, совершая полный оборот за 180 млн лет. Среди звезд Галактики имеются большие скопления газово-пылевых туманностей. Исходя из этого, О. Ю. Шмидт полагал, что Солнце при движении вступило в одно из таких облаков и захватило его с собой. Силой своего притяжения оно заставило облако вращаться вокруг себя. Шмидт полагал, что первоначальное облако межзвездной материи обладало некоторым вращением, в противном случае его частицы выпали бы на Солнце.

В процессе обращения облака вокруг Солнца мелкие частицы сосредоточивались в экваториальной части. Облако превращалось в плоский уплотненный вращающийся диск, в котором вследствие увеличения взаимного притяжения частиц происходило сгущение. Образовавшиеся сгущения-тела росли за счет присоединяющихся к ним мелких частиц, как снежный ком. Таким путем образовались планеты и обращающиеся вокруг них спутники. Планеты стали вращаться по круговым орбитам вследствие усреднения орбит малых частиц.

Земля, по мнению О. Ю. Шмидта, также образовалась из роя холодных твердых частиц. Постепенное разогревание недр Земли произошло за счет энергии радиоактивного распада, что привело к выделению воды и, газа, входивших в небольших количествах в состав твердых частиц. В результате возникли океаны и атмосфера, обусловившие появление жизни на Земле.

Гипотеза О. Ю. Шмидта правильно объясняет ряд закономерностей в строении Солнечной системы. Ученый считает, что имеющиеся несоответствия в распределении моментов количества движения Солнца и планет объясняются разными первоначальными моментами количества движения Солнца и газово-пылевой туманности. Шмидт рассчитал и математически обосновал расстояния планет от Солнца и между собой и выяснил причины образования крупных и мелких планет в разных частях Солнечной системы и разницу в их составе. Посредством расчетов обоснованы причины вращательного движения планет в одну сторону. Недостатком гипотезы является рассмотрение вопроса о происхождении планет изолированно от образования Солнца- определяющего члена системы. Концепция не лишена элемента случайности: захвата Солнцем межзвездной материи.

Гипотеза В. Г. Фесенкова. Работы астронома В. А. Амбар-цумяна, доказавшего непрерывность образования звезд в результате конденсации вещества из разреженных газово-пылевых туманностей, позволили академику В. Г. Фесенкову выдвинуть новую гипотезу. Фесенков полагает, что процесс образования планет широко распространен во Вселенной, где имеется много планетных систем. По его мнению, формирование планет связано с образованием новых звезд, возникающих в результате сгущения первоначально разреженного вещества. Одновременное образование Солнца и планет доказывается одинаковым возрастом Земли и Солнца.

В результате уплотнения газово-пылевого облака сформировалось звездообразное сгущение. Под влиянием быстрого вращения туманности значительная часть газово-пылевой материи все больше удалялась от центра туманности по плоскости экватора, образуя нечто вроде диска. Постепенно уплотнение газово-пылевой туманности обусловило формирование планетных сгущений, образовавших впоследствии современные планеты Солнечной системы. В отличие от Шмидта Фесенков полагает, что газово-пылевая туманность находилась в раскаленном состоянии. Большой его заслугой является обоснование закона планетных расстояний в зависимости от плотности среды. ВТ. Фесенков математически обосновал причины устойчивости момента количества движения в Солнечной системе потерей вещества Солнца при выборе материи, вследствие чего произошло замедление его вращения. В.Г. Фесенков приводит также доводы в пользу обратного движения некоторых спутников Юпитера и Сатурна, объясняя это захватом планетами астероидов.

На данном этапе изучения Вселенной гипотеза В. Г. Фесенкова правильно освещает вопрос происхождения, развития и особенности строения Солнечной системы. Из концепции гипотезы вытекает, что планетообразование является широко распространенным процессом во Вселенной. Формирование планет происходило из вещества, тесно связанного с первичным Солнцем, без вмешательства внешних сил.

Строение и состав Земли

Масса Земли оценивается в 5,98-10 27 г, а ее объем - в 1,083-10 27 см 3 . Следовательно, средняя плотность планеты составляет около 5,5 г/см 3 . Но плотность доступных нам горных пород равна 2,7-3,0 г/см 3 . Из этого следует, что плотность вещества Земли неоднородна.

Земля окружена мощной газовой оболочкой - атмосферой. Она является своеобразным регулятором обменных процессов между Землей и Космосом. В составе газовой оболочки выделяется несколько сфер, отличающихся составом и физическими свойствами. Основная масса газового вещества заключена в тропосфере, верхняя граница которой, расположенная на высоте около 17 км на экваторе, снижается к полюсам до 8-10 км. Выше, на протяжении стратосферы и мезосферы, нарастает разреженность газов, сложно меняются термические условия. На высоте от 80 до 800 км располагается ионосфера - область сильно разреженного газа, среди частиц которого преобладают электрически заряженные. Самую наружную часть газовой оболочки образует экзосфера, простирающаяся до высоты 1800 км. Из этой сферы происходит диссипация наиболее легких атомов - водорода и гелия.

Главнейшими методами изучения внутренних частей нашей планеты являются геофизические, в первую очередь наблюдения за скоростью распространения сейсмических волн, образующихся от взрывов или землетрясений. Подобно тому, как от камня, брошенного в воду, в разные стороны расходятся по поверхности воды

волны, так в твердом веществе от очага взрыва распространяются упругие волны. Среди них выделяют волны продольных и поперечных колебаний. Продольные колебания представляют собой чередования сжатия и растяжения вещества в направлении распространения волны. Поперечные колебания можно представить как чередующиеся сдвиги в направлении, перпендикулярном распространению волны.

Волны продольных колебаний, или, как принято говорить, продольные волны, распространяются в твердом веществе с большей скоростью, чем поперечные. Продольные волны распространяются как в твердом, так и в жидком веществе, поперечные - только в твердом. Следовательно, если при прохождении сейсмических волн через какое-либо тело будет обнаружено, что оно не пропускает поперечные волны, то можно считать, что это вещество находится в жидком состоянии. Если через тело проходят оба типа сейсмических волн, то это - свидетельство твердого состояния вещества.

Скорость волн увеличивается с возрастанием плотности вещества. При резком изменении плотности вещества скорость волн будет скачкообразно меняться. В результате изучения распространения сейсмических волн через Землю обнаружено, что имеется несколько определенных границ скачкообразного изменения скоростей волн. Поэтому предполагается, что Земля состоит из нескольких концентрических оболочек (геосфер).

На основании установленных трех главных границ раздела выделяют три главные геосферы: земную кору, мантию и ядро (рис. 2.1).

Первая граница раздела характеризуется скачкообразным увеличением скоростей продольных сейсмических волн от 6,7 до 8,1 км/с. Эта граница получила название раздела Мохоровичича (в честь сербского ученого А.Мохоровичича, который ее открыл), или просто граница М. Она отделяет земную кору от мантии. Плотность вещества земной коры, как указано выше, не превышает 2,7-3,0 г/см 3 . Граница М расположена под континентами на глубине от 30 до 80 км, а под дном океанов - от 4 до 10 км.

Учитывая, что радиус Земного шара равен 6371 км, земная кора представляет собой тонкую пленку на поверхности планеты, составляющую менее 1% ее общей массы и примерно 1,5% ее объема.

Мантия - самая мощная из геосфер Земли. Она распространяется до глубины 2900 км и занимает 82,26% объема планеты. В мантии сосредоточено 67,8% массы Земли. С глубиной плотность вещества мантии в целом возрастает с 3,32 до 5,69 г/см 3 , хотя это происходит неравномерно.

Рис. 2.1. Схема внутреннего строения Земли

На контакте с земной корой вещество мантии находится в твердом состоянии. Поэтому земную кору вместе с самой верхней частью мантии называют литосферой.

Агрегатное состояние вещества мантии ниже литосферы недостаточно изучено и по этому поводу имеются различные мнения. Предполагается, что температура мантии на глубине 100 км составляет 1100- 1500°С, в глубоких частях - значительно выше. Давление на глубине 100 км оценивается в 30 тыс.атм., на глубине 1000 км - 1350 тыс. атм. Несмотря на высокую температуру, судя по распространению сейсмических волн, вещество мантии преимущественно твердое. Колоссальное давление и высокая температура делают невозможным обычное кристаллическое состояние. По-видимому, вещество мантии находится в особом высокоплотном состоянии, которое на поверхности Земли невозможно. Уменьшение давления или некоторое повышение температуры должны вызвать быстрый переход вещества в состояние расплава.

Мантию подразделяют на верхнюю (слой В, простирающийся до глубины 400 км), промежуточную (слой С - от 400 до 1000 км) и нижнюю (слой Д - от 1000 до 2900 км). Слой С именуют также слоем Голицина (в честь русского ученого Б.Б.Голицина, установившего этот слой), а слой В - слоем Гутенберга (в честь выделившего его немецкого ученого Б.Гутенберга).

В верхней мантии (в слое В) имеется зона, в которой скорость поперечных сейсмических волн значительно уменьшается. По-видимому, это связано с тем, что вещество в пределах зоны частично находится в жидком (расплавленном) состоянии. Зона пониженной скорости распространения поперечных сейсмических волн предполагает, что жидкая фаза составляет до 10%, что отражается на более пластичном состоянии вещества по сравнению с выше и ниже расположенными слоями мантии. Относительно пластичный слой пониженных скоростей сейсмических волн получил название астеносферы (от греч. asthenes - слабый). Мощность ослабленной зоны достигает 200-300 км. Располагается она на глубине примерно 100-200 км, но глубина меняется: в центральных частях океанов астеносфера располагается выше, под устойчивыми участками материков опускается глубже.

Астеносфера имеет весьма важное значение для развития глобальных эндогенных геологических процессов. Малейшее нарушение термодинамического равновесия способствует образованию огромных масс расплавленного вещества (астенолитов), которые поднимаются вверх, способствуя перемещению отдельных блоков литосферы по поверхности Земли. В астеносфере возникают магматические очаги. Исходя из тесной связи литосферы с астеносферой эти два слоя объединяют под названием тектоносфера.

В последнее время внимание ученых в мантии привлекает зона, расположенная на глубине 670 км. Полученные данные позволяют предполагать, что эта зона намечает нижнюю границу конвективного тепломассообмена, который связывает верхнюю мантию (слой В) и верхнюю часть промежуточного слоя с литосферой.

В пределах мантии скорость сейсмических волн в целом возрастает в радиальном направлении от 8,1 км/с на границе земной коры с мантией до 13,6 км/с в нижней мантии. Но на глубине около 2900 км скорость продольных сейсмических волн резко уменьшается до 8,1 км/с, а поперечные волны глубже вообще не распространяются. Этим намечается граница между мантией и ядром Земли.

Ученым удалось установить, что на границе мантии и ядра в интервале глубин 2700-2900 км, в переходном слое Д 1 (в отличие от нижней мантии, имеющей индекс Д) происходит зарождение гигантских тепловых струй - плюмов, периодически пронизывающих всю мантию и проявляющихся на поверхности Земли в виде обширных вулканических полей.

Ядро Земли - центральная часть планеты. Оно занимает только около 16% ее объема, но содержит более трети всей массы Земли. Судя по распространению сейсмических волн, периферия ядра находится в жидком состоянии. В то же время наблюдения за происхождением приливных волн позволили установить, что упругость Земли в целом очень велика, больше упругости стали. По-видимому, вещество ядра находится в каком-то совершенно особом состоянии. Здесь господствуют условия чрезвычайно высокого давления в несколько миллионов атмосфер. В этих условиях происходит полное или частичное разрушение электронных оболочек атомов, вещество «металлизируется», т.е. приобретает свойства, характерные для металлов, в том числе высокую электропроводность. Возможно, что земной магнетизм является результатом электрических токов, возникающих в ядре в связи с вращением Земли вокруг своей оси.

Плотность ядра - 5520 кг/м 3 , т.е. это вещество в два раза тяжелее каменной оболочки Земли. Вещество ядра неоднородно. На глубине около 5100 км скорость распространения сейсмических волн вновь возрастает с 8100 м/с до 11000 м/с. Поэтому предполагают, что центральная часть ядра твердая.

Вещественный состав разных оболочек Земли представляет весьма сложную проблему. Для непосредственного изучения состава доступна лишь земная кора. Имеющиеся данные свидетельствуют, что земная кора состоит преимущественно из силикатов, а 99,5% ее массы составляют восемь химических элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, натрий и калий. Все остальные химические элементы в сумме образуют около 1,5%.

О составе более глубоких сфер Земного шара можно судить лишь ориентировочно, используя геофизические данные и результаты изучения состава метеоритов. Поэтому модели вещественного состава глубинных сфер Земли, разработанные разными учеными, различаются. Можно с большой уверенностью предполагать, что верхняя мантия также состоит из силикатов, но содержащих меньше кремния и больше железа и магния по сравнению с земной корой, а нижняя мантия - из оксидов кремния и магния, кристаллохи-мическая структура которых значительно более плотная, чем у этих соединений, находящихся В Земной коре.

Гипотеза И. Канта. Космогония - наука о происхождении и развитии небесных тел. Попыткам найти научные объяснения происхождению и развитию Солнечной системы насчитывается свыше 200 лет. Первой космогонической гипотезой считают гипотезу немецкого философа И. Канта, изложенную им в 1755 г. в труде «Общая естественная история и теория неба,или опыт об устройстве и механическом происхождении всего мироздания Ньютоновских законов». По мысли И. Канта, Вселенная сначала состояла из первобытного хаоса, частицы которого были твердыми и неподвижными. Затем, на основе закона всемирного тяготения, хаос приобрел движение и массы частиц стали соединяться в более крупные тельца, образуя в конечном счете такие небесные тела, как Солнце и планеты с их спутниками. Разная скорость движения частиц и сгустков первичной материи при столкновениях вызвала вращение небесных тел. По взглядам И. Канта, Солнечная система представляет собой раскаленную, но постепенно остывающую массу. Солнце, по этой гипотезе, со временем должно совсем погаснуть. Гипотеза И. Канта в свое время оказала огромное влияние на мировоззрение прогрессивной части человечества и внесла идею развития материи за счет уплотнения первичных распыленных частиц.

Гипотеза П. С. Лапласа. Второй по времени считается гипотеза французского математика П. С. Лапласа, опубликованная в 1797 г. По взглядам П. С. Лапласа, Солнечная система возникла из огромной туманности, состоящей не из твердых частиц, как полагал И. Кант, а из раскаленного космического газа. В отличие от И. Канта, П. С. Лаплас полагал также, что туманность обладала и значительным движением. В этом утверждении заложена глубоко материалистическая мысль о том, что движение неотделимо от материи и так же вечно, как вечна и материя.

На основе закона всемирного тяготения материя постепенно уплотнялась, образуя в центре туманности центральное ядро. Охлаждение и уплотнение туманности привело к увеличению угловой скорости вращения до такой степени, что на экваторе наружная часть массы стала отделяться от основной туманности в виде кольца, вращающегося в плоскости экватора. Под влиянием все увеличивающегося осевого вращения подобных колец появилось несколько. Как пример подобных туманностей, существующих в настоящее время, П. С. Лаплас приводил кольца Сатурна. В отдельных участках колец материи находилось больше, чем в других. Такие участки с избыточным количеством материи притягивали к себе материю из других частей кольца и постепенно увеличивались вплоть до размеров планет Солнечной системы. Если же кольцо было с равномерным распределением газа, то в нем формировалась не одна крупная планета, а множество малых планет (астероидов). Каждая планета остывала и сокращалась в объеме. Скорость ее осевого вращения увеличивалась. В связи с этим на экваторе выделялось кольцо газа, за счет которого формировались спутники планет. Остывающие планеты покрывались твердой корой, на ее поверхности начинали развиваться геологические процессы.

Гипотезы И. Канта и П. С. Лапласа имели огромное прогрессивное значение для выработки научного мировоззрения и обычно излагались вместе под названием «небулярной гипотезы» Канта - Лапласа. До И. Канта и П. С. Лапласа ученые (в том числе и Ньютон) считали вселенную неизменной. П. С. Лаплас первый высказал мысль о том, что газовые туманности являются первичной формой материи, находящейся в вечном движении. Гипотеза Канта - Лапласа объяснила многие из известных в то время особенностей строения Солнечной системы, как, например, одинаковое направление вращения планет вокруг Солнца, почти круговую форму планетных орбит, близкое совпадение плоскостей этих орбит и т. д. Благодаря простоте небулярной гипотезы, а также правильности некоторых основных положений она владела умами на протяжении более сотни лет.

Однако впоследствии была доказана несостоятельность этой гипотезы. По И. Канту и П. С. Лапласу, первичное Солнце распалось на части и выделило планеты в результате избытка вращения. Теперь доказано, что звезда, у которой скорость вращения переходит за пределы безопасности, вовсе не создает семейства планет, а попросту распадается на части. Примерами звезд, разбившихся от избытка вращения, являются спектрально-двойные и кратные системы, не похожие на Солнечную систему.

По закону сохранения моментов вращения вращение первичного Солнца должно было сохраниться во вращении современного Солнца и в обращениях планет вокруг него. Момент вращения первичного Солнца должен быть равен сумме всех этих моментов. Однако эта сумма оказалась вовсе недостаточной для того, чтобы первичное Солнце могло разбиться на части: если к моменту вращения современного Солнца прибавить моменты вращения Юпитера и других планет в их орбитальных движениях, то окажется, что первичное Солнце вращалось примерно с той же скоростью, с какой в настоящее время вращается Юпитер. Следовательно, оно должно было обладать тем же сжатием, что и Юпитер в настоящее время. Но такого сжатия вовсе не достаточно, чтобы вызвать дробление вращающегося тела.

Наконец, предположение П. С. Лапласа о том, что газ, отделившийся от центрального тела, сформировался в газовые кольца, также оказалось неверным. По данным современной физики выделившийся газ рассеивается.