Концепции современного естествознания. Шпаргалки - Ирина Богданова

59. Структурные единицы мегамира

Мегамир – это мир космических расстояний и космических масс, то есть мир, по отношению к которому человек соразмерен так же, как частица микромира к человеку. Мегамир включает в себя планеты, планетные системы, звезды, звездные системы, галактики, метагалактики.

Планетами называются несамосветящиеся небесные тела шарообразной формы, вращающиеся вокруг звезд и отражающие их свет. Планеты в основном состоят из твердого вещества, на некоторых из них есть атмосфера. Наиболее изученная человеком планетная система – Солнечная система. Планеты Солнечной системы двигаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. В Солнечную систему входит восемь планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) и Плутон, недавно удаленный из списка планет и причисленный к планетоидам. Земля находится от Солнца на расстоянии 150 млн км.

Звездами называются светящиеся (газовые) космические объекты, образующиеся из газопылевых облаков путем гравитационной конденсации и удаленные друг от друга на огромные расстояния. В нашей галактике около триллиона звезд, их траектории определены силой тяготения между ними. Звезды различаются по массе и светимости. Наиболее распространенные звезды – карлики, их массы в 10 раз меньше массы Солнца. Среди карликовых звезд различаются в зависимости от массы: белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры.

Белый карлик образуется, если его диаметр становится примерно равен диаметру Земли, а масса составляет 1,2 солнечной массы с плотностью около 10 т/см3. Нейтронные звезды образуются в результате взрыва на последней стадии эволюции и имеют массу от 1,2 до 2 солнечных масс, состоят из нейтронов и протонов. Черные дыры формируются на конечном этапе эволюции и представляют собой объекты с массой более 2 солнечных масс и диаметром от 10 до 20 км, они обладают чудовищной плотностью и гравитацией, не позволяющей испускать за пределы свет, поэтому черные дыры не имеют светимости.

Планеты образуют вокруг звезд планетные системы . Звезды образуют звездные системы (созвездия) , рассеянные звездные скопления или шаровые звездные скопления. Звездные системы и скопления образуют галактики . Наша галактика называется Млечным путем. Галактики могут быть эллиптические, спиральные и неправильной формы. Галактики образуют метагалактику .

60. Устройство Солнечной системы

Планеты Солнечной системы принято разделять на планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс), или малые планеты, и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон). Плутон недавно был выведен из числа планет и отнесен к планетоидам .

Планеты земной группы отличаются сравнительно небольшим размером, совершают медленный оборот вокруг оси, имеют наклон оси, отсутствие (Меркурий, Венера) или малое количество спутников (Земля, Марс), твердую поверхность и практически одинаковый химический состав (кремний, железо). Атмосфера присутствует у Земли и Венеры, разреженная на Марсе и практически отсутствует на Меркурии. Центр планет занимает железное ядро, планеты обладают магнитным полем (слабо выраженным только у Венеры).

Планеты-гиганты находятся на более дальнем расстоянии от Солнца, они отделены от планет земной группы поясом астероидов (малых планет числом около 5500), которые движутся вокруг Солнца по вытянутой орбите. За поясом астероидов находятся планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, отличающиеся большими размерами и массой, наименее массивная среди них Уран (только в 14,5 раз тяжелее Земли).

Планеты-гиганты имеют малую плотность, низкую плотность, быстрое обращение вокруг оси, мощную атмосферу, переходящую к центру планеты в жидкость, небольшое ядро, состоящее из водорода с металлическими свойствами, сильное магнитное поле и большое количество спутников (наименьшее число их – 8 у Нептуна) и кольца, состоящие из более мелких частиц (ярко выраженные кольца у Сатурна). Атмосфера планет-гигантов состоит из смеси разных газов (водород, гелий, метан, аммиак, водная взвесь и т. п.). За планетами-гигантами лежит еще один пояс астероидов, за ним расположен Плутон.

Центром Солнечной системы является Солнце – звезда с массой, в 332958 раза превосходящей массу Земли, и температурой на поверхности 5770 К. Вокруг Солнца обращаются планеты, астероиды и кометы, имеющие определенную траекторию движения – орбиту. Астероиды имеют неправильную форму, по составу похожи на планеты земной группы, у них нет атмосферы. Кометы стоят из смеси замерзших газов и космической пыли, они обращаются вокруг Солнца по очень вытянутым орбитам.

61. Гипотеза Канта – Лапласа

Человечество всегда волновал вопрос, как возникла Солнечная система. В древности сотворение Солнца и планет приписывалось богам, в монотеистических религиях – богу-творцу. Книга Бытия рисует сотворение Солнечной системы как сотворение мира: сначала в этом мире был хаос, свет не был отделен от тьмы, затем по слову божьему в мире был установлен порядок: разделены тьма и свет, вода и земля, создано небо со звездами и планетами, земной рельеф, после чего начался процесс творения земной жизни и в том числе человека, живущего во времени и по законам времени – рождаясь, взрослея и умирая.

Научная картина мира имеет на счет образования планет Солнечной системы множество гипотез. Наиболее старая из них – гипотеза Канта – Лапласа , то есть космогонические воззрения двух ведущих ученых нового времени Канта (немецкий философ) и Лапласа (французский ученый).

Кант, основываясь на книге Бытия, предположил, что планеты возникли в результате сгущения холодного газопылевого космического облака, то есть из космического хаоса: постепенно сгущаясь, космическая туманность породила более плотные массы, которые стали отделяться от туманности и от Солнца в силу центробежных сил. Так образовались планеты. Идея Канта предполагала наличие некой божественной воли, данной силам природы, руководствуясь которой природа начала самостоятельно организовываться и развиваться.

Лаплас поддержал гипотезу Канта, но с некоторыми изменениями и дополнениями. Он считал, что космическое облако было не холодным, а раскаленным, в виде газовых колец, оторвавшихся от формирующегося древнего Солнца, которые, отодвигаясь от звезды, продолжали вращение и сгущение, в результате которого образовались планеты с их орбитами. В процессе развития сгущенные планетные массы остыли.

Эта гипотеза Канта – Лапласа известна как небулярная (от латинского слова туманность), или ротационная (от слова вращение), поскольку ведет происхождение Солнечной системы из вращения и сгущения туманности (холодной или раскаленной).

62. Гипотезы Джинса и Шмидта

В существовавшей гипотезе Канта – Лапласа имелось непримиримое противоречие с законами физики. Дело в том, что гипотеза не могла объяснить, почему расчетный момент количества движения (кинетический момент) планет почти в 30 раз больше момента количества движения Солнца, что противоречит закону сохранения кинетического момента. Кинетическим моментом в физике называется момент количества движения для вращающихся тел. Момент количества движения учитывает два вида вращательного движения – вокруг оси и вокруг другого тела.

Гипотеза Канта – Лапласа использовала вычисления для вращательного момента тел вокруг другого тела. При вычислениях планеты как в космическом масштабе малые величины были условно приняты за материальные точки. Числовое выражение момента количества движения вычислялось по формуле L=m · r · v. По закону сохранения момента количества движения (никакие события внутри изолированной системы взаимодействующих вращающихся тел не приводят к изменению общего для системы момента количества движения), момент количества движения для данной системы неизменен. Момент количества движения Солнца при вычислении дал около 2 % от планетарного, что поставило ученых в тупик:

при массе Солнца на 98 % большей, чем масса всех планет Солнечной системы, этого не могло быть. Требовались новые гипотезы. Гипотеза, предложенная Джинсом, объясняет расчетное несоответствие вмешательством сторонней звезды. Это так называемая гипотеза катастрофы : в период времени, когда Солнце уже было образовано, мимо него и близко от него прошла другая звезда, которая вызвала сильный гравитационный эффект с приливами солнечного вещества и выбросом газовых струй, в результате чего из выброшенного Солнцем материала и сформировалась Солнечная система. Эта гипотеза объясняла, как могла быть сформирована планетарная система, но ставила нашу систему в исключительное положение (иначе пришлось бы предположить, что все планетарные системы образуются подобным образом). Гипотеза Шмидта избавилась от блуждающей звезды и предложила другой вариант творения: Солнце, вращаясь вокруг центра Галактики, захватило материю с достаточным моментом количества движения, из которой и сформировалась планетная система, в результате чего период обращения Солнца сократился до 20 суток (по современным данным, он равен 25 суткам).