Философские проблемы науки и техники

поскольку не очистил свою орбиту от окружающих объектов пояса Койпера.

Карликовая планета. Так называются небесные тела, обращающиеся по орбите вокруг Солнца, которые достаточно массивны, чтобы под действием собственных сил гравитации поддерживать близкую к округлой форму, но которые не очистили пространство своей орбиты от протопланет и при этом не являются спутником какой-либо планеты. По этому определению у Солнечной системы имеется пять признанных карликовых планет: Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. В будущем другие объекты могут быть классифицированы как карликовые планеты, например Седна, Орк и Квавар. Карликовые планеты, чьи орбиты находятся в регионе транснептуновых объектов, называют плутоидами.

Малые тела – оставшиеся объекты, обращающиеся вокруг Солнца. В настоящее время в этот список включено большинство астероидов Солнечной системы, большинство транснептуновых объектов (ТНО), а также кометы и прочие малые тела. (сюда входит прежде всего бесчисленное множество метеоритных тел, движущихся роями или в виде отдельных частиц).

Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения Солнца. Все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и почти в одной и той же плоскости. Закономерно и строение Солнечной системы: каждая следующая планета находится от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая.

Возникновение Солнечной системы

Теория, рассматривающая происхождение планетной системы, должна объяснить следующее.

Почему орбиты всех планет лежат практически в плоскости солнечного экватора?

71

Почему планеты движутся вокруг Солнца по орбитам, близким к круговым?

Почему направление обращения вокруг Солнца одинаково для всех планет и совпадает с направлением вращения Солнца и собственным вращением планет (за исключением Венеры и Урана) вокруг осей?

Почему 99,8 % массы Солнечной системы приходится на Солнце и лишь 0,2 % на планеты, тогда как планеты обладают 98 % момента количества движения всей Солнечной системы?

Почему планеты делятся на две группы, резко различающиеся между собой средней плотностью?

Вэтот список «напрашиваются» не менее важные для исследования вопросы.

Отчего у Солнца и газовых планет-гигантов дифференциальное вращение газовых (плазменных) оболочек? Полярные области Солнца, например, делают полный оборот за 35 земных суток, а экваториальные – за 25?

Каково происхождение магнитных полей звезд, в частности Солнца и целого ряда его планет и их спутников?

Вчем причина вулканической и сейсмической активности планет СС и их спутников?

Как объяснить, например, что газовые планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн…) излучают энергии заметно больше, чем получают от Солнца?

И, наконец, важнейший мировоззренческий вопрос: откуда взялось Вещество, из которого со временем сформировались планеты, Солнце?

Сложилосьнесколькоподходовкрешению даннойпроблемы.

Точка зрения Канта–Лапласа (ХIХ в.). Кант считал, что Солнечная система образовалась из холодной пылевой туманности. В процессе эволюции сначала сформировалось центральное массивное тело – будущее Солнце, а потом планеты. Гипотеза Канта строится на основе закона всемирного тяготения.

72

Лаплас за основу брал горячую газовую туманность, вращающуюся с огромной скоростью под действием закона всемирного тяготения. От нее начинают отделяться кольца, будущие планеты, а потом уже образуется Солнце.

Гипотеза Д.Х. Джинса (начало ХХ в.). Джинс считал, что сначала появилось Солнце. Возле него проходила огромная Звезда. Произошло столкновение. В результате Солнце произвело выброс горячего газа, который и дал начало образованию планет. Данная гипотеза не имеет широкого распространения в научной среде.

Гипотеза Ю. Шмидта (1944). По мнению Ю. Шмидта,

сначала появилось Солнце из газопылевой туманности, а потом планеты, в том числе и наша Земля. Образование планет связано со звездообразованием.

Современная концепция Ф. Хойла и Х. Альфвена (1960) основана на том, что решающую роль в зарождении Солнечной системы сыграли электромагнитные силы.

Первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце, и планеты, состояло из ионизированного газа, подверженного влиянию электромагнитных сил. После того как из огромного газового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде – Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий газ на различных расстояниях – как раз там, где находятся планеты.

Магнитогидродинамические процессы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа, и в результате образовались планеты.

Солнечная система появилась примерно 5 млрд лет назад, причемприизлученииСолнцетеряет1 % своеймассыза5 млрдлет.

Источник солнечной энергии – термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Солнечная активность имеет цикл, равный одиннадцати годам.

73

Солнце вращается вокруг оси галактики со скоростью 250 км/с. Один полный оборот вокруг галактического центра Солнечная система совершает за 180 млн лет.

Ближайшей к Солнцу звездой является α-Центавра, а далее Сириус.

Земля и ее параметры

Земля – третья планета Солнечной системы. Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из солнечной туманности около 4,54 млрд лет назад и вскоре после этого обрела свой единственный естественный спутник – Луну. Предположительно жизнь появилась на Земле примерно 3,9 млрд лет назад, то есть в течение первого миллиарда после её возникновения. С тех пор биосфера Земли значительно изменила атмосферу и прочие абиотические факторы, обусловив количественный рост аэробных организмов, а также формирование озонового слоя, который вместе с магнитным полем Земли ослабляет вредную для жизни солнечную радиацию, тем самым сохраняя условия существования жизни на Земле. Радиация, обусловленная самой земной корой, со времён её образования значительно снизилась благодаря постепенному распаду радионуклидов в ней. Кора Земли разделена на несколько сегментов, или тектонических плит, которые движутся по поверхности со скоростью порядка нескольких сантиметров в год. Изучением состава, строения и закономерностей развития Земли занимается наука геология.

Приблизительно 70,8 % поверхности планеты занимает Мировой океан, остальную часть поверхности занимают континенты и острова.

На материках расположены реки, озёра, подземные воды и льды, вместе с Мировым океаном они составляют гидросферу. Жидкая вода, необходимая для всех известных жизненных форм, более нигде, кроме Земли, среди известных планет и планетоидов Солнечной системы, не существует. Полюса Земли

74

покрыты ледяным панцирем, который включает в себя морской лёд Арктики и антарктический ледяной щит.

Сопоставление размеров планет земной группы (слева направо): Меркурий, Венера, Земля, Марс.

Внутренние области Земли достаточно активны и состоят из толстого, очень вязкого слоя, называемого мантией, которая покрывает жидкое внешнее ядро, являющееся источником магнитного поля Земли, и внутреннее твёрдое ядро, предположительно состоящее из железа и никеля. Физические характеристики Земли и её орбитального движения позволили жизни сохраниться на протяжении последних 3,5 млрд лет. По различным оценкам, Земля будет сохранять условия для существования живых организмов ещё в течение 0,5–2,3 млрд лет. Земля взаимодействует (притягивается гравитационными силами) с другими объектами в космосе, включая Солнце иЛуну. Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 солнечных суток. Ось вращения Земли наклонена на 23,44° относительно перпендикуляра к её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты с периодом в один тропический год – 365,24 солнечных суток. Сутки сейчас составляют примерно 24 часа. Луна начала своё обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 млрд лет назад. Гравитационное воздействие Луны на Землю является причиной возникновения океанских приливов. Также Луна стабилизирует наклон земной оси и постепенно замедляет вращение Земли. Некоторые теории полагают, что падения астероидов приводили к существенным изменениям в окружающей среде и поверхности Земли, вызывая, в частности, массовое вымирание различных видов живыхсуществ.

Планета является домом для миллионов видов живых существ, включая человека. Человеческая культура сформировала много представлений об устройстве мироздания, таких как концепция о плоской Земле, геоцентрическая система мира или гипотеза, по которой Земля представляет собой единый суперорганизм. Необходимо проанализировать те из

75

гипотез, которые соответствуют современному этапу развития науки.

Земля относится к планетам земной группы и в отличие от газовых гигантов, таких как Юпитер, имеет твёрдую поверхность. Это крупнейшая из четырёх планет земной группы вСолнечной системе как по размеру, так и по массе. Кроме того, Земля имеет наибольшую плотность, самую сильную поверхностную гравитацию, сильнейшее магнитное поле и, возможно, обладает самойактивнойтектоникой плитсредиэтих четырёхпланет.

Недра Земли делятся на слои по химическим и физическим (реологическим) свойствам, но в отличие от других планет земной группы внутренняя структура Земли имеет ярко выраженное внешнее и внутреннее ядро. Наружный слой Земли представляет собой твёрдую оболочку, состоящую главным образом из силикатов. От мантии она отделена границей с резким увеличением скоростей продольных сейсмических волн – поверхностью Мохоровичича. Твёрдая кора и вязкая верхняя часть мантии составляют литосферу. Под литосферой находится астеносфера, слой относительно низкой вязкости, твёрдости и прочности в верхней мантии.

Значительные изменения кристаллической структуры мантии происходят на глубине 410–660 км ниже поверхности, охватывающей переходную зону, которая отделяет верхнюю и нижнюю мантию. Под мантией находится жидкий слой, состоящий из расплавленного железа с примесями никеля, серы и кремния – ядро Земли. Сейсмические измерения показывают, что оно состоит из двух частей: твёрдого внутреннего ядра с радиусом ~ 1220 км и жидкого внешнего ядра, с радиусом ~ 2250 км.

Таким образом, структура Земли – это:

1)земная кора (10–80 км);

2)мантия (2900–3000 км);

3)ядро.

Земная кора – твердая внешняя оболочка Земли, входит в литосферу, включающую верхние твердые слои мантии.

76

Мантией называют оболочку Земли, расположенную между земной корой и ядром Земли. Мантия занимает 83 % Земли (без атмосферы) по объему и 67 % – по массе.

Ядро – наиболее плотная часть Земли, расположенная вцентре. Ядро делится на внешнее и внутреннее. Циркулирующее во внешнемядрежидкоежелезорождаетмагнитноеполеЗемли.

Внутреннее ядро представляет собой твердый железный шар (единый гигантский кристалл железа) диаметром 2500 км.

Земля имеет атмосферу (газообразная оболочка), которая состоит из трех составляющих:

–тропосфера (9–17 км) – фабрика погоды;

–стратосфера (до 55 км) – кладовая погоды;

–ионосфера (800–1000 км).

Вопросы для самопроверки

1.Гипотезы происхождения Вселенной, Солнечной системы, Земли, Луны.

2.Что такое физический вакуум?

3.Что такое кварки, квазары, пульсары?

4.Эволюция Солнечной системы.

5.Типы звезд.

6.Рождение и эволюция звезд.

7.Что представляет собой наша Галактика?

8.Земля и ее структура.

9.Что такое космология и что она изучает?

Пригодится для тестирования

Радиус Солнца – 6,96·108 м; Радиус Земли – 6,38·106 м; Радиус Луны – 1,74·106 м; Масса Солнца – 1,99·1030 кг; Масса Земли – 5,98·1024 кг; Масса Луны – 7,35·1022 кг;

77

Скорость вращения вокруг Солнца – 30 км/с; Расстояние от Солнца до Земли – 149 млн км; Расстояние от Земли до Луны – 3,84·108 м;

ДиаметрнашейГалактики– 25 кпк(1 парсек(пс) – 3,086·1016 м); Скорость вращения вокруг Солнца – 30 км/с; Период обращения Солнца вокруг оси – 25 сут; Возраст Солнечной системы – 5 млрд лет; Возраст Земли – 4 млрд лет; Солнце – желтый карлик.

Наша Галактика – Млечный Путь.

78

Глава 5. СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ХИМИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА

5.1.Предмет познания химической науки

иее проблемы

Развитие химических знаний стимулируется необходимостью получения человеком различных веществ для своей жизнедеятельности. В наши дни химическая наука дает возможность получать вещества с заданными свойствами, находить способы управления этими свойствами, что является основной проблемой химии.

Химия – это наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения.

Своеобразную программу исследования химических явлений впервые сформулировали и приняли ученые-химики на первом Международном съезде химиков в Карлсруэ в Германии в1860 году. Онируководствовалисьследующимиположениями:

–все вещества состоят из молекул, которые находятся в непрерывном и самопроизвольном движении;

–все молекулы состоят из атомов;

–атомы и молекулы находятся в непрерывном движении;

–атомы – это мельчайшие, далее неделимые составные части молекул.

Главный вывод: вещество состоит из молекул и неделимых атомов. Вещество – это вид материи, обладающий массой покоя.

В середине ХIХ века на этой концептуальной основе была разработана атомно-молекулярная теория, которая уже к концу ХIХ – началу ХХ века оказалась не в состоянии объяснить многие экспериментальные данные. Картина прояснилась с открытием электрона (сложного строения атома),

79

когда стали ясны причины связи атомов, взаимодействующих друг с другом.

Осуществляются химические связи между атомами за счет электронов, расположенных на внешней оболочке и связанных с ядром наименее прочно. Эти электроны назвали валентными электронами.

Между валентными электронами могут устанавливаться ковалентная, ионная и металлическая химические связи.

Ковалентная связь осуществляется за счет образования электронных пар, в одинаковой мере принадлежащих обоим атомам.

Ионная связь представляет собой электростатическое притяжение между ионами, образованное за счет полного смещения электрической пары к одному из атомов.

Металлическаясвязь– этосвязьмеждуположительнымиионами в кристаллах атомов металлов, образующихся за счет притяжения электронов, ноперемещающихсяпокристаллувсвободномвиде.

Химическая связь является таким взаимодействием, которое связывает отдельные атомы в более сложные образования: молекулы, ионы, кристаллы, т.е. в те структурные уровни организации материи, которые изучает химия.

Химическая связь – это результат взаимодействия электрических полей, образующихся между электронами и ядрами атомов в процессе химических преобразований (реакций). Прочность химической связи зависит от энергии связи.

То, что в каждом индивидуальном веществе заключено определенное количество энергии, служит объяснением тепловых эффектов химических реакций. Теплосодержание (химическая энергия) тесно связана с химическим составом вещества.

Каждый атом обладает энергией, часть которой связана с электронами, а часть – с ядром. Атомные ядра при химических реакциях не испытывают изменений, поэтому энергия ядер не изменяется и не входит в теплосодержание молекул.

80