47) Что такое «календарь»? Какие движения Земли легли в основу календаря, какие календари используются сейчас? Будет ли на Земле смена дня и ночи, если прекратится ее вращение вокруг своей оси?
Эволюция земли как планеты и эволюция живого взаимосвязаны и взаимозависимы. Развитие человеческой культуры тесно связанно с календарем - системой упорядоченного счета времени. Основой появления календаря в древности было развитие связи трудовых процессов с ритмикой природы - сменой дня и ночи, фазы Луны, время года и т.п. Первой единицей меры времени были сутки.
Известно много календарных сооружений, среди них Перуанский календарь (1939) - это огромные четкие рисунки протяженностью в десятки километров. Древнейший каменный календарь - английский Стаухендж (бронзовый период 3-2 тыс. лет до н.э.) - каменные монолиты высотой более 5 метров, стоящие в строгом порядке, причем центральный камень ориентирован на положение восхода солнца в день летнего солнцестояния, а 4 опорных камня - на точки равноденствия. Интересны передвижные календари - Персидский, Вавилонский, Греческий. Новый стиль - Григорианский календарь.
Если бы в мировом пространстве, окружающем Землю, не было небесных светил – Солнца, звёзд и Луны, мы бы не замечали вращения Земли. Теперь же, хотя мы не чувствуем, что Земля вертится, мы видим, что по небу перемещаются в одном и том же направлении – с востока на запад – все небесные светила. В действительности же это сама Земля вращается в противоположном направлении – с запада на восток.
Таким образом, смена дня и ночи происходит потому, что из-за вращения Земли вокруг своей оси одно и то же место на земной поверхности то бывает обращено к Солнцу и освещается его лучами, то оказывается повёрнутым прочь от Солнца. Посмотрите на рис. 1, на котором солнечные лучи падают на земной шар слева. Благодаря этому на левой, освещённой солнечными лучами половине земного шара – день, а на правой, неосвещённой половине – ночь.
48)Древнегреческий ученый Демокрит 2,5 тысячи лет назад считал, что все тела состоят из мельчайших частиц – атомов. Почему эти представления, несмотря на правильность, не могут считаться научными?
Еще в Древней Греции зародилась идея,согласно которой все тела состоят измельчайшихчастичек.Одним из основоположников этой идеи был греческий философ Демокрит (ок. 460 -ок. 370 гг. до н. э.}. Мельчайшие частицы вещества. Демокрит назвал атомами, что означает неделимые. Затем идею атомного строения вещества развил другой греческий философ - Эпикур (342 - 270 гг. до н. э.). Сочинения Демокрита и Эпикура не дошли до нашего времени. Известны в основном только небольшие отрывки из них, помещенные в сочинениях других греческих ученых. Это объясняется тем, что учение «атомистов», как называют Демокрита и Эпикур, имело явно безбожный, материалистический характер. В средние века, когда господствовало религиозное мировоззрение, имена Демокрита и Эпикура были преданы анафеме, а их сочинения беспощадно уничтожались. Однако сочинение более позднего римского ученого Лукреция Кара «0 природе вещей», в котором были изложены идеи древних атомистов, сохранилось и дошло до нас. В зтомсочиненя и Лукреций Кар делает попытку дать объяснение всем окружающим явлениям, исходя из гипотезы об атомическом строении вещества. При этом им высказывается ряд блестящих идей (о строении вещества, о хаотическом движении молекул, о законе сохранения вещества, о бесконечности вселенной т. д.), которые получили дальнейшее развитие в науке. Таким образом, учение об атомах преследовалось религией, которая тормозила развитие науки в целом, и химии в частности.
49)Поясните шкалу временных масштабов во Вселенной, оцените масштаб времен существования живого и человечества на ней. Какие методы измерения времени известны? Как определить возраст ископаемой находки и небесного тела?
История человечества — от появления первобытного человека до наших дней — кажется (весьма и весьма условно) точкой на фоне мировой эволюции (рис. 7). Очевидно, что вопрос “когда?” связан с вопросом “где?”. По Платону, мир совершенен и потому должен быть неизменным. Тогда бы вопрос о времени не имел бы смысла, поскольку не было бы начала отсчета. На современном уровне развития науки представляется, что счет времени Вселенной начат с события, произошедшего почти 15 млрд лет назад, после которого Вселенная расширяется. Известно, что на Земле система отсчета длительных промежутков времени, в которой установлен определенный порядок счета дней в году и указано начало отсчета, называется календарем. Трудности календаря связаны с тем, что не удается найти простое соотношение между временем оборота Земли вокруг оси и вокруг Солнца. То же относится и к счету дней в лунном месяце. Здесь для сравнения приведем следующие временные интервалы (исходя из 1 с, соответствующей частоте биения сердца). Возраст Вселенной всего лишь в 2,5 раза превышает возраст Солнца. Как можно измерить такие огромные времена, не сопоставимые с жизнью не только человечества, но и всего живого на Земле? Важнейшим методом определения больших временных диапазонов стал в последние полвека метод радиоактивного распада (рис. 8). Известно, что все живое получает двуокись углерода из воздуха. Некоторая часть углерода является радиоактивной, и любой образец вещества, приготовленный из живого, содержит эту же долю радиоактивного углерода. В детекторе “свежее” вещество даст 16 отсчетов/мин на каждый грамм углерода, а за 5 600 лет оно даст только 8 отсчетов/мин на 1 г и т. д. Измеряя скорость отсчетов для какого-то образца, можно вычислить, сколько лет прошло с того времени, когда данный кусок доски был живым деревом. Многие археологические находки “датированы” определенным количеством оставшегося в их веществе радиоактивного углерода. По углероду можно определить возраст до 25 000 лет. Можно заглянуть в прошлое нашей планеты по периоду полураспада элементов: за время полураспада половина любого вещества превращается в другой элемент, за следующий период полураспада — еще половина и т. д. Поскольку в природе нет радиоактивных элементов с периодом полураспада в 106-8 лет, то возраст Солнечной системы должен быть около 108 лет. Из сравнения соотношения других изотопов U-235 и U-238 возраст Солнечной системы был уточнен и составил 5•109 лет. Оценка возраста Вселенной, связанная с моделями эволюции Вселенной, позволяет заключить, что наша Солнечная система образована в результате взрыва звезды, по меньшей мере, второго поколения (рис. 9). Пыль после взрыва скручивалась в вихри, группировалась под действием гравитационного притяжения. Нашему Солнцу подобный взрыв не грозит — примерно через 5 биллионов лет оно расширится, поглотив планеты, потом сожмется вновь и превратится в остывающего карлика. Существующая ныне Вселенная образовалась примерно 15 биллионов лет назад и с тех пор расширяется. Обратимся к временным интервалам меньшим 1 с. Период колебаний звуковой волны достигает 0,001 с, радиоволны — 10–6 с. Меньшие промежутки времени связаны с расстояниями в микромире, и их можно измерять через скорость света. За одну миллиардную долю секунды — 10–9 с — свет проходит расстояние в 30 см, соответственно, можно рассчитать, что расстояние, равное размеру атома, свет проходит за 10–18 с, атомного ядра — за 10–24 с. Колебания молекул совершаются за период в 10–12 c, атома — 10–15 с, ядра — 10–21 с.
50) Дайте представление об эволюции обычных звезд и красных гигантов и поясните процессы, происходящие в их недрах. Какова перспектива эволюции Солнца? Поглотит ли Солнце при расширении какую-либо планету?
Как и все тела в природе, звёзды не остаются неизменными, они рождаются, эволюционируют, и, наконец "умирают". Чтобы проследить жизненный путь звёзд и понять, как они стареют, необходимо знать, как они возникают. Современная астрономия располагает большим количеством аргументов в пользу утверждения, что звезды образуются путем конденсации облаков газово-пылевой межзвездной среды. Процесс образования звезд из этой среды продолжается и в настоящее время. Выяснение этого обстоятельства является одним из крупнейших достижений современной астрономии. Еще сравнительно недавно считали, что все звезды образовались почти одновременно иного миллиардов лет назад. Крушению этих метафизических представлений способствовал, прежде всего, прогресс наблюдательной астрономии и развитие теории строения и эволюции звезд. В результате стало ясно, что многие наблюдаемые звезды являются сравнительно молодыми объектами, а некоторые из них возникли тогда, когда на Земле уже был человек.
Центральным в проблеме эволюции звезд является вопрос об источниках их энергии. В самом деле, откуда, например, берется огромное количество энергии, необходимой для поддержания излучения Солнца примерно на наблюдаемом уровне в течение нескольких миллиардов лет? Ежесекундно Солнце излучает 4*1033 эрг, а за 3 млрд. лет оно излучило 4*1050 эрг. Несомненно, что возраст Солнца около 5 млрд. лет. Это следует хотя бы из современных оценок возраста Земли различными радиоактивными методами. Вряд ли Солнце "моложе" Земли.
Успехи ядерной физики позволили решить проблему источников звездной энергии еще в конце тридцатых годов нашего столетия. Таким источником являются термоядерные реакции синтеза, происходящие в недрах звезд при господствующей там очень высокой температуре (порядка десяти миллионов градусов). В результате этих реакций, скорость которых сильно зависит от температуры, протоны превращаются в ядра гелия, а освобождающаяся энергия медленно "просачивается" сквозь недра звезд и, в конце концов, значительно трансформированная, излучается в мировое пространство. Это исключительно мощный источник. Если предположить, что первоначально Солнце состояло только из водорода, который в результате термоядерных реакций целиком превратился в гелий, то выделившееся количество энергии составит примерно 1052 эрг.
Таким образом, для поддержания излучения на наблюдаемом уровне в течение миллиардов лет достаточно, чтобы Солнце "израсходовало" не свыше 10% своего первоначального запаса водорода.
Теперь мы можем представить картину эволюции какой-нибудь звезды следующим образом. По некоторым причинам (их можно указать несколько) начало конденсироваться облако межзвездной газово-пылевой среды. Довольно скоро (разумеется, по астрономическим масштабам!) под влиянием сил всемирного тяготения из этого облака образуется сравнительно плотный непрозрачный газовый шар. Строго говоря, этот шар еще нельзя назвать звездой, так как в его центральных областях температура недостаточна для того, чтобы начались термоядерные реакции. Давление газа внутри шара не в состоянии пока уравновесить силы притяжения отдельных его частей, поэтому он будет непрерывно сжиматься.
Когда в недрах Солнца реакции термоядерного синтеза выжгут весь кислород, а это произойдет по подсчетам астрофизиков через 7,6 миллиардов лет, в ход пойдет гелий. После этого сильно повысится температура ядра Солнца, и Солнце начнет превращаться в красного гиганта. Ранние исследования показали, что когда солнце начнет превращаться в красного гиганта, оно начнет расширяться и поглощать близлежащие планеты – Меркурий и Венеру. Земле же пророчили спасение. Спасение было в том, что Солнце в результате расширения начнет терять массу, и гравитация светила начнет слабнуть, что и позволит Земле перейти на более дальнюю орбиту. Но в результате последних исследований было сделано открытие: во-первых, раскаленная атмосфера Солнца будет простираться далеко за пределы его видимой поверхности; во-вторых, на звезде сформируется вздутие, которое и поглотит Землю, так и не дав ей отойти на безопасную орбиту.