Геосайт "Природа не терпит неточностей и не прощает ошибок." Эмерсон.
Главная

Материки

Географические открытия

Природа Земли

Календарь

Словари. Справочники

Воронежская область

Солнечная система

Солнечная система, частью которой является Земля – одна из множеств систем Галактики. Она расположена на расстоянии около 10 кп от центра Галактики, в 25 п к северу от галактической плоскости. Ближайшая звезда – Проксима Центавра находится на расстоянии 1,31 п. Солнце – единственная звезда в планетной системе, в ней сосредоточено 99,86 % всей массы системы и только 2% общего момента количества движения (произведение массы на скорость и расстояние от центра вращения).

Солнечная система участвует во вращении Галактики, двигаясь по приблизительно круговой орбите со скоростью ок. 250 км/с. Период обращения вокруг центра Галактики определяется примерно в 200 млн. лет.

По отношению к ближайшим звездам вся Солнечная система в среднем движется со скоростью 19,4 км/с.

Солнечная система состоит из множества космических тел, в том числе центрального светила – Солнца. Считается, что Солнечная система простирается на 40 а. е. – от Солнца до Плутона (1 а. е. = 149,6 млн. км – среднее расстояние от Земли до Солнца). В то же время ее сфера влияния простирается на 230 000 а. е. (здесь возможно устойчивое движение небесных тел вокруг Солнца).

Вокруг Солнца вращаются 8 планет. Меркурий, Венера, Земля и Марс, ближайшие к Солнцу планеты, относятся к внутренним планетам, или планетам земной группы. За поясом астероидов располагаются планеты внешней группы – гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. За Плутоном находится «щель» – кольцо с внешним радиусом 2000 а.е., где практически нет вещества. Далее, в интервале 2000-200 000 а.е, располагается кольцо с огромным количеством материи в виде ядер комете массой, равной 1100 масс Солнца. Это так называемое облако Орта [область гипотетическая и инструментально не подтверждена], делящееся на внутреннее и внешнее.

Предположительно Солнечная система возникла около 4,6 млрд. лет назад из холодного газопылевого облака В настоящее время с помощью современных телескопов [Хаббл] обнаружено несколько звезд с подобными протопланетными туманностями, что подтверждает эту космогоническую гипотезу.

Образование Солнца и планет является одним из фундаментальных вопросов естествознания, существует целый ряд гипотез. Первая из них – гипотеза Канта-Лапласа появилась в XVIII в. Согласно современным представлениям звезды типа Солнца формируются при сжатии газопылевых облаков, возникающего например из-за близкого взрыва сверхновой звезды, масса которых должна быть не меньше 105 массы Солнца. Газопылевое облако начало сжиматься и вращаться в массе будущего солнца возникли мощные турбулентные вихри, начались ударные волны, гравитационные приливы, перемешивающие газы облака, которое вследствие этого оставалось однородным. В центральной части диска из-за быстрого коллапса зажглось Солнце. Частицы пыли перемещались к центральной плоскости диска и чем крупнее была пылинка, тем быстрее она падала. Когда плотность пылевых частиц в субдиске достигла некоторого критического значения, диск стал гравитационно неустойчивым и начал распадаться на отдельные сгущения пыли, которые сталкиваясь объединялись в планетезимали, а затем и в планеты.

Центральным телом Солнечной системы является ее звезда – Солнце. Это раскаленный плазменный шар, типичная звезда-карлик спектрального класса G2. Ее масса (М) 2.1027 т (333 тыс. масс Земли), радиус (R) 696 тыс. км, средняя плотность 1,416.103 кг/м3. Ее поверхность имеет температуру около 6000 ?С. Период вращения (синодический) изменяется от 27 сут. на экваторе до 32 сут. у полюсов, Химический состав: водород – ок. 90%, гелий – 10%, остальные элементы – менее 0,1% (по числу атомов). Источник солнечной энергии – ядерные превращения водорода в гелий в центральной области Солнца, где температура 15 млн. ?С и происходят термоядерные реакции. Интенсивность плазменных процессов на Солнце изменяется с 11-летним периодом.

Внешние слои Солнца, видимые с Земли, образуют солнечную атмосферу, состоящую из фотосферы, хромосферы и короны. Фотосфера – светящаяся оболочка, толщиной 200-300 км непрозрачного слоя газа. Температура понижается от 6000 до 4500оС. Фотосфера находится в состоянии лучистого равновесия, она излучает столько энергии, сколько ее поступает из центральной части. На ее поверхности могут наблюдаться относительно холодные участки с температурой примерно на 1500оС ниже окружающей – солнечные пятна. Хромосфера – наружная постоянно волнующаяся поверхность, достигает высоты 15-20 тыс. км. Еще выше поднимаются выбросы плазмы – протуберанцы (до 150 тыс. км). Внешний, практически безграничный слой – корона – представляет собой разреженную плазму с кинетической температурой около 1 млн. ?С. Из короны происходит непрерывное постоянное истечение плазмы со скоростью от 300 до 800 км/сек. Это так называемый солнечный ветер.

Изменение солнечной активности может воздействовать на земные процессы за счет возникновения магнитных бурь, усиления ионизации газов в атмосфере, на урожаи сельскохозяйственных культур, эпидемии и т. д. Это влияние обусловлено усилением коротковолнового и корпускулярного излучений Солнца при солнечных вспышках и других проявлениях солнечной активности.

Меркурий – меньше Земли в 3 раза. Температура на поверхности от -170 до +330 ?С. Спутников не имеет. Его поверхность по виду напоминает лунную

Венера – по размерам, массе, плотности наиболее близка к Земле. Спутников не имеет. Магнитное поле очень незначительно. Ее атмосфера состоит из CO2 (97%), N2 (ок. 3%), воды (0,05%), примеси CO, SO2, HCl, HF. Температура у поверхности ок. 750 К, давление ок. 100 атмосфер На поверхности Венеры обнаружены горы, кратеры, камни. Поверхностные породы Венеры близки по составу к земным осадочным породам. Венера окутана густым облачным покровом и недоступна для непосредственного наблюдения.

Марс – внешняя планета земной группы. Расстояние от Солнца от 200 до 250 млн. км. Марс в 2 раза меньше Земли. У Марса 2 естественных спутника – Фобос и Деймос. Атмосфера состоит в основном их углекислого газа (95%), азота (2,5%), аргона, угарного газа и воды. Имеется гидросфера в виде ледяных шапок на полюсах и вечной мерзлоты. Рельеф сильно расчленен, в том числе понижениями напоминающими русла рек и выположенные ледниками участки.

Юпитер – самая большая планета Солнечной системы. Масса ее составляет 71 % общей массы всех планет. Поверхность скрыта под облачным покровом. Температура на поверхности облаков – 140оС. Атмосфера состоит из водорода с примесью метана и аммиака. Имеет систему из 13 спутников, самый крупный Ганимед – больше Меркурия. На спутнике юпитера Европе обнаружен лед под которым предположительно имеется океан.

Сатурн находится в 2 раза дальше от Солнца, чем Юпитер. По объему превосходит Землю в 760 раз, по массе в 95 раз. Атмосфера в основном водородная. Имеет три полупрозрачных кольца состоящих из обломков льда и силикатов. Имеет 30 спутников. Самый крупный из всех спутников Солнечной системы – Титан (диаметр 4758 км) имеет атмосферу из метана и аммиака.

Уран виден с земли только в телескоп. Расстояние от Солнца в 19 раз больше, чем Земли от Солнца. Больше Земли по массе почти в 15 раз. Атмосфера состоит из водорода, гелия и метана. Имеет 15 спутников и систему колец.

Нептун – расстояние от Солнца в 30 раз больше, чем у Земли. Атмосфера состоит из метана, водорода и гелия. Поверхность сильно выхоложена – до -235оС. Имеет 6 спутников.

Малые космические тела Солнечной системы – это астероиды, кометы и метеориты. Между орбитами Марса и Юпитера имеется скопление несколько тысяч малых планет, или астероидов – составляющих пояс астероидов [планета Фоэтон]. Крупнейший из которых – Церера (1020 км в диаметре). [Астероид Икар с диаметром ок. 1 км. раз в 19 лет приближается к Земле (последнее наблюдалось в 1987)]. Астероиды бывают металлическими – железно-никелевыми и каменными – силикатными.

Кометы состоят из ядра сформировавшегося преимущественно из замерзших газов – метана, аммиака, водяного пара и углекислого газа – с вкраплениями метеорных частиц. В ядре сосредоточена основная масса кометы. При приближении к Солнцу комета тает и у нее появляется хвост. Хвост крупной кометы по объему превосходит Солнце. В результате распада кометных ядер возникают метеорные рои, при встрече с которыми в земной атмосфере наблюдаются «дожди падающих звезд». Периоды обращения комет могут достигать миллионов лет. Общее число комет Солнечной системы оценивается сотнями миллиардов. Орбиты комет в основном эллиптические, а период вращения очень большой. Иногда кометы могут столкнуться с планетами. [комета Шумейкер-Леви, 1994, Юпитер, тунгусский метеорит]

Метеориты (метеоры), как и космическая пыль, заполняют все пространство Солнечной системы. При встрече с Землей их скорости достигают 70 км/с. На их движение и особенно на движение космической пыли влияют гравитационное и (в меньшей степени) магнитные поля, а также потоки радиации и частиц. Наиболее крупные метеориты называются болиды. Метеориты бывают железными (железо+никель), железокаменными, и каменными (хондриты и ахондриты силикатные по составу). Крупнейший из столкнувшихся с землей – Гоба метеорит – весит 60 т. и упал в Намибии. На месте их столкновений и поверхностью Земли образуется метеоритный кратер или астроблема.

 

 

Происхождение Солнечной системы

Происхождение Галактики и Солнечной системы – одна из труднейших задач космогонии. Пока нет ни одной общепризнанной космогонической гипотезы, хотя вопросы их возникновения и развития имеют фундаментальное значение для многих наук о Земле.

По вопросу образования и эволюции Солнечной системы на протяжении трех последних веков высказывались разные гипотезы двух основных направлений. В одной из них развивались идеи одновременного образования Солнца и планет из общего облака диффузной космической материи (гипотеза И. Канта – из «холодных космогонии», 1755 г.; гипотеза П. Лапласа – из «горячих космогонии», 1796 г.). В пользу общности их происхождения говорит родство тел Солнечной системы: сходство их химического и изотопного состава, возраст, особенности движения и пр. В гипотезах другого направления образование Солнца отделяется от процесса формирования планет и их спутников (гипотезы Д. Джинса, Ф. Мультона и Т. Чемберлена и других ученых начала XX в.). К этой же группе относится и гипотеза академика О. Ю. Шмидта: захват Солнцем холодного газопылево-метеоритного облака и дальнейшая конденсация его в планеты и спутники. Им детально проработана модель образования планет, решен ряд вопросов динамического и механического характера.

Камнем преткновения космогонических гипотез является важнейшая особенность Солнечной системы – несоответствие массы и момента количества движения (МКД – произведения массы, скорости и расстояния от центра вращения) Солнца (ок. 98% и ок. 2%) и планет (ок. 2% и ок. 98%). Астрофизики швед X. Альвен и англичанин Ф. Хойл объясняют резкое торможение вращения Солнца передачей МКД от Солнца планетам через магнитное поле. Другой способ преодоления этого противоречия – допущение сильной конвективной турбулентности в протосолнечной туманности с выносом вещества и избытка МКД во внешние части системы.

Согласно В. Е. Хаину, наиболее вероятный «сценарий» образования Солнечной системы включает следующие этапы:

1) образование Солнца и уплотненной вращающейся околосолнечной туманности из межзвездного газопылевого облака, вероятно, под влиянием близкого взрыва «сверхновой» звезды;

2) эволюция Солнца и околосолнечной туманности с передачей электромагнитным или турбулентно-конвективным способом МКД от Солнца планетам;

3) конденсация «пыльной плазмы» в кольца вокруг Солнца, а материала колец в планетезимали (сгущения);

4) дальнейшая конденсация планетезималей в планеты;

5) повторение подобного процесса вокруг планет с образованием их спутников.

Внутренние планеты в процессе эволюции утратили летучие вещества из-за близости к Солнцу (нагрев, действие солнечного ветра) и состоят из железосиликатного каменного материала. Их атмосфера вторичного происхождения – продукт дегазации недр в процессе вулканизма.

Внешние планеты и их спутники состоят в значительной степени изо льда и замерзших легких газов – водорода, аммиака, метана и др.

Таким образом, согласно современным представлениям, Солнечная система образовалась из холодного газопылевого облака в результате его уплотнения. При этом считается бесспорным положение о том, что планеты не были раскаленными телами. Земля разогрелась постепенно, на более поздней стадии своего развития.

Причину разогрева видят в энергии дифференциации вещества Земли по плотности и радиоактивного распада.

form_soln

I этап – первоначальная протосолнечная газопылевая туманность и звезда, впоследствии ставшая «сверхновой» (более 4,7 млрд. лет назад); II этап – протосолнечная туманность попала в сферу действия «сверхновой» (4,7 млрд. лет назад); III этап – в выведенной из равновесного состояния протосолнечной туманности начались процессы упорядочения, аккреции «реликтового» вещества туманности и несколько позже – конденсации вещества «сверхновой» звезды и «вторичного» вещества (4,7 млрд. лет назад); IV этап – центральное сгущение превратилось в Солнце, началосьформирование Солнечной системы и, в частности, планеты Земля, завершившееся примерно 4,6-4,5 млрд. лет назад.

 

Солнце

Солнце – центр нашей планетной системы, источник жизни на Земле, источник энергии для многих природных процессов, тепла и света. Солнце – рядовая желтая звезда средней величины, вращающаяся вокруг оси. Оно находится от Земли на расстоянии 149,6 млн. км (одной астрономической единицы). Диаметр его в 109 раз больше диаметра Земли, масса – в 333000 раз больше массы Земли, объем – в 1300000 раз больше объема Земли, плотность вещества почти в 4 раза меньше плотности Земли, ускорение силы тяжести в 28 раз больше, чем на Земле, температура на его поверхности около 6000 К.

Солнце излучает огромное количество энергии, но Земля, малая пылинка Космоса, получает всего лишь одну двухмиллиардную ее часть. Источником солнечной энергии служат термоядерные реакции превращения водорода в гелий в центральных частях Солнца, где температура превышает 10 млн. К. Солнечная радиация представляет собой совокупность корпускулярного и электромагнитного излучения Корпускулярная составляющая – поток плазмы, состоящий из протонов и электронов (так называемый солнечный ветер) и достигающий через сутки околоземного пространства, почти полностью обтекает магнитосферу Земли Электромагнитная радиация (лучистая энергия Солнца) проникает в атмосферу и в виде прямой и рассеянной радиации доходит до земной поверхности, обеспечивая постоянство существующей термодинамической обстановки. Поток электромагнитного излучения незначительно меняется в течение года из-за почти круговой орбиты Земли: в январе он на 3-4% больше, нежели в июле. Постоянство термодинамической обстановки на земной поверхности обеспечивает и атмосфера, которая служит фильтром для электромагнитного излучения, а также Мировой океан, являющийся регулятором тепла.

Солнечная активность подвержена циклическим колебаниям: годы «активного Солнца» чередуются с годами «спокойного Солнца». В среднем активность всех процессов на Солнце изменяется с периодом 11 лет. Но, помимо 11-летних циклов, отмечают 22-летние, вековые – через 80-90 лет и более длительные – через 900 и 1850 лет. Обнаружена корреляция между наиболее изученным 11-летним циклом солнечной активности и многими физико-химическими явлениями, происходящими в магнитосфере (магнитные бури), в верхних слоях атмосферы (полярные сияния), в нижних слоях атмосферы (изменение давления, количества осадков, погоды в целом), в литосфере, гидросфере и биосфере.

Синхронность проявления гелиофизических и геофизических процессов говорит об их причинно-следственных связях. В частности, механизмы связей между деятельностью Солнца и живой природой были вскрыты в 20-х гг. XX в. А. Л. Чижевским, который заложил фундаментальные основы новой науки – гелиобиологии. В настоящее время взаимосвязи солнечных и земных процессов систематически изучаются не только наземными «службами Солнца», но и с помощью различных, в том числе пилотируемых, искусственных спутников Земли.

 

Литература.

  1. Любушкина С.Г. Общее землеведение : Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. "География" / С.Г. Любушкина, К.В. пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. - М. : Просвещение, 2004. - 288 с.