1. Современные представления о происхождении Вселенной. Звезды и их классификация.

Важнейшее научное открытие прошлого века состоит в том, что окружающий нас физический мир существовал отнюдь не всегда. У науки нет более увлекательной задачи, нежели объяснить, как возникла Вселенная и почему она устроена так, а не иначе. Думаю, что за последние годы в решении этой проблемы достигнуты определенные успехи. Впервые за всю историю человечества мы располагаем разумной научной теорией всего сущего. Это поистине революционный беспримерный прорыв в нашем понимании окружающего мира, который оставит глубокий след в развитии представлений человека о Вселенной и его месте в ней.

Одной из основных концепций современного естествознания является учение о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной (Метагалактике) как части целого – космология.

Выводы космологии основываются и на законах физики, и на данных наблюдательной астрономии. Как любая наука, космология в своей структуре кроме эмпирического и теоретического уровней имеет также уровень философских предпосылок, философских оснований.

Так, в основании современной космологии лежит предположение о том, что законыприроды, установленные на основе изучения весьма ограниченной части Вселенной, чаще всего на основе опытов на планете Земля, могут быть экстраполированы на значительно большие области, в конечном счете – на всю Вселенную. Это предположение об устойчивости законов природы в пространстве и времени относится к уровню философских оснований современной космологии.

Классификация звезд:

В основе классификации звёзд лежит или, по крайней мере, до недавнего времени лежала диаграмма "температура-светимость", впервые построенная в 1913 г. Г.Н.Ресселлом (Расселом). Дело в том, что, если изобразить каждую изученную звезду в виде точки на диаграмме, откладывая по горизонтальной оси её температуру, а по вертикальной - светимость, получается упорядоченная "картинка" с несколькими рядами, пятнами и т.п. сгущениями точек, которые называются последовательностями. Значит, звёзды взаимосвязаны по этим параметрам и образуют естественные группировки, каждая из которых отлична от других.

Различаются:

- Главная последовательность,

-совокупность последовательностей гигантских звёзд,

- горизонтальная последовательность,

-последовательность белых карликов и некоторые другие.

Таким образом звезды бывают:

• сверхгиганты,

• яркие гиганты,

• гиганты,

• субгиганты,

• субкарлики,

• белые карлики,

2. Гипотеза образования Солнечной системы. Краткая характеристика планет.

Гипотезы об образовании нашей Солнечной системы можно разбить на две группы: катастрофические и эволюционные.

     Первые гипотезы появились задолго до того, как стали известны многие важные закономерности Солнечной системы.  Отбрасывая теории создания Солнечной системы как одновременный акт божественного творения, остановимся на наиболее значимых теориях в которых происхождение небесных тел объясняется результатом естественного процесса и содержали правильные идеи.

  1. Гипотеза Канта - первая универсальная естественно-философская концепция, разработанная в 1747-1755гг. В его гипотезе небесные тела произошли из гигантского холодного пылевого облака под действием тяготения. В центре облака образовалось Солнце, а на периферии - планеты. Таким образом, изначально высказывалась мысль, что Солнце и планеты возникли одновременно.

  2. Гипотеза Лапласа - в 1796г  выдвинул гипотезу о происхождении Солнечной системы из единой раскаленной вращающейся газовой туманности, не зная теории И. Канта. Планеты зарождались на границе туманности путем конденсации охлажденных паров в плоскости экватора и от охлаждения туманности постепенно сжималась, вращаясь все быстрее и когда центробежная сила становится равной силе тяготения, образуются многочисленные кольца, которые, уплотняясь, делясь на новые кольца, создали сперва газовые планеты, а центральный сгусток превратился в Солнце. Газовые планеты, остывали и сжимались, образуют вокруг кольца из которых затем возникли спутнике планет (кольцо Сатурна считал верностью своих рассуждений). В теории одновременно происходит формирование всех тел Солнечной системы: Солнца, планет, спутников. Приводит 5 фактов (явно недостаточно)- особенностей Солнечной системы, исходя из закона тяготения.  Это первая, разработанная в математической форме, теория и существовала почти 150 лет, вплоть до теории О. Ю. Шмидта.

3.     Гипотеза Канта-Лапласа не могла объяснить, почему в солнечной системе более 98% момента количества движения принадлежит планетам. Подробно эту проблему изучил английский астрофизик Хойл. Он указал на возможность передачи момента количества движения от "протосолнца" к окружающей среде с помощью магнитного поля.

Краткая характеристика планет: Солнце - ближайшая к Земле звезда. Земля движется в пространстве вокруг Солнца по эллиптической орбите со средним расстоянием в 150 млн.км, совершая полный оборот за, приблизительно, 365 суток или 365 полных оборотов вокруг своей оси. Солнце имеет диаметр 1,39 млн. км и массу в 700 раз превышающую суммарную массу всех планет системы. Самое короткое расстояние от Земли до Солнца в январе, когда в северном полушарии зима, а в южном - лето. А наибольшее расстояние - в июле (22), через месяц после летнего (в северном полушарии) солнцестояния.

Луна - это спутник Земли, находящийся на среднем расстоянии от Земли в 380 тыс. км, ее диаметр - 3476 км. полный оборот вокруг Земли и вокруг своей оси у Луны совпадает, так что мы видим всегда одну ее сторону. Обращением же вокруг Земли объясняются и фазы Л. Л. светит отраженным светом Солнца. Различают четыре основные фазы: новолуние, первая четверть (когда видна правая половина лунного диска), полнолуние и последняя или третья четверть, когда после полнолуния видна левая половина лунного диска. От новолуния до полнолуния Л. называется растущей, прибывающей, а после полнолуния - убывающей. Убывающая Л. видна на исходе ночи и ранним утром на востоке, а молодой тонкий серпик лунного диска появляется на западе, сразу после захода Солнца.

Меркурий - самая близкая к Солнцу и самая быстрая планета. Периоды благоприятные для астрономических наблюдений довольно редки, т.к. планета не удаляется от Солнца более, чем на 28 градусов. Средняя удаленность от Солнца - 68 млн. км, период обращения - 87 дней и 23 часа. М. меньше Земли, его диаметр - 4840 км.

Венера - это самая близкая к Земле планета и вторая от Солнца. Ее орбита ближе всего к круговой, среднее расстояние от Солнца 108,2 млн.км, период одного обращения по орбите - 224 дня, диаметр планеты - 12230 км. Для наблюдателя Земли В. отходит от Солнца на 48 град. Поэтому у планеты различают вечернюю и утреннюю видимость и никогда ночную. Плотная атмосфера планеты обладает большим коэффициентом отражения, так что земной наблюдатель видит ее как самую яркую "звезду", сияющую белым, величественно-блестящим светом.

Марс - ближайшая к Земле планета, орбита которой выходит за пределы земной. Это небольшая планета, ее диаметр - 6800 км. Среднее расстояние до Солнца - 228 млн. км, орбита вытянутая. Время одного обо рота вокруг Солнца - 686 дней и 22 часа.

Юпитер - самая большая планета солнечной системы. Диаметр Юпитера - 143200 км, время обращения по орбите - 11 лет 314 дней. Благодаря своему объему, его можно наблюдать невооруженным глазом как звезду первой величины. Система спутников Юпитера напоминает уменьшенную модель солнечной системы. Четыре самые крупные спутника Юпитера, открытые еще Г.Галилеем, так и называются галилеевскими.

Уран - первая планета, открытая в Новое время и разорвавшая классический септенер. Планета открыта 13 марта 1781 года. Период одного полного цикла - 84 года и 7 дней. На звездном небе виден как звезда 6-ой звездной величины, так что невооруженным глазом планету можно наблюдать только при ее противостоянии Солнцу. Его средний диаметр - 49000 км

Нептун - был открыт из-за сильных возмущений в движении Урана расчетным путем астрономами Леверье и Галле. Орбита Н. по своим параметрам приближается к круговой. Один оборот занимает 164 года и 285 дней. Его диаметр по экватору - 47000 км. Наблюдать его можно лишь при очень сильном увеличении. Так в 300-кратный телескоп Н. виден как маленький кружочек.

Плутон - 10-ая планета солнечной системы, была открыта 21 января 1933 года. Время его обращения 247 лет и 7 месяцев. По своей светимости он соответствует звезде 15 величины, так что наблюдать его можно лишь в очень сильные телескопы. По диаметру он меньше Земли, его диаметр не превышают 6500 км. Имеет спутник, именуемый Харон - лодочник в царстве Аида-Плутона.

Сатурн

3. Гипотеза образования Земли и ее внутреннее строение.

Земля образовалась приблизительно 4,6 млрд. лет назад, из холодного газа пылевого облака, вследствие взрыва Земли 1-го поколения. Скорость частиц пылевого облака составляло -100 000 км*с, с = 3*10м/с.

Столкновение частиц облака под действием гравитации солнца, вызвали их нагрев, после чего начался процесс гравитационной дифференциации вещества. Тяжёлые элементы опустились вниз и образовали ядро Земли. В определённый момент размеры Земли стали такие, что газы, выделявшиеся на поверхности из недр, стали удерживаться и образовалась атмосфера.

Атмосфера состояла из: - аммиака;

- углекислого газа;

- метана;

- воды.

Первоначально температура на Земле составляла более 100ºC.

Современная теория образования Земли:

Отто Юрьевич Шмидт (1940), выдвинул теорию о том, что Земля образовалась как и другие планеты солнечной системы за счёт слипания твёрдых частиц из прототопланетарного холодного пылегазового облака окружавшего солнце. Рост Земли происходил циклически. За 100мил. лет сформировалось приблизительно 99% массы современной Земли. Земля то разогревалась, то остывала, поэтому первоначально она была телом без ядра и земной коры, причём с температурой ниже, чем необходимо для переправления. Возраст Земли – 4,5 млрд. лет; возраст Солнца – 5 млрд. лет. 4млрд. лет назад произошёл контакт протоземли с протолуной. Так как масса Земли была больше массы Луны, Земля поглотила часть расплавленного ядра своего спутника, в результате получена была дополнительная энергия, которая способствовала образованию геооболочек Земли. Геооболочки: Земная кора (литосфера); Атмосфера; Гидросфера. Появилось более сильное геомагнитное поле, которое способно было удерживать газы вблизи поверхности. Вначале была паровая оболочка. Первоначально вода была насыщенна биогенами (H, C, N, O, P, S). Оболочка первоначально была сплошной и на ней конденсировалась вода. Вулканический пепел и газ стали образовывать атмосферу с основными элементами: водорода, гелия, аргона, криптона. Солнце пересекало небосвод за 3 часа. Движение Луны было медленнее, она вращалась в ту же сторону что и Земля. Фазы Луны менялись за 8 часов (приливы и отливы). 2,7 млрд.лет сформировалось ядро Земли, с высокой степенью активности. Самое сильное похолодание на Земле было 600 мил лет или 1 млрд. лет назад. Вторичная атмосфера начала формироваться после оледенения, состоящая из азота, углекислекислого газа, водяного пара. Сейсмическая деятельность определялась накоплением энергии.

Внутреннее строение Земли:

Выделяют три главные области Земли:

1. Земная кора (слой А) -верхняя оболочка Земли, мощность которой изменяется от 6-7 км под глубокими частями океанов до 35-40 км под равнинными платформенными территориями континентов, до 50-70(75) км под горными сооружениями (наибольшие под Гималаями и Андами).

2. Мантия Земли, распространяющаяся до глубин 2900 км. В ее пределах по сейсмическим данным выделяются: верхняя мантия - слой В глубиной до 400 км и С - до 800-1000 км (некоторые исследователи слой С называют средней мантией); нижняя мантия - слой D до глубины 2700 с переходным слоем D¹ - от 2700 до 2900 км.

3. Ядро Земли, подразделяемое: на внешнее ядро - слой Е в пределах глубин 2900-4980 км; переходную оболочку - слой F - от 4980 до 5120 км и внутреннее ядро - слой G до 6971 км.

3. Гипотезы происхождения жизни на земле.

Вернадский В.И. создал теорию «Чистого развития человечества». Устойчивое развитие – это соотношение между экономикой и экологией, когда остаются естественные ресурсы будущим поколениям.

Жизнь – это активное поддержание и самовоспроизведение специфической структуры, которая идёт с затратой энергии полученной из вне.

Гипотезы.

1. Жизнь зародилась после образования Земли.

Вначале Земля была безжизненной, но под действием солнечной радиации, а так же процесса на поверхности Земли химических веществ произошёл синтез органических соединений, который привел к образованию первых примитивных организмов.

Первыми появились анаэробные организмы, способные размножаться в без кислородной среде. Первичные организмы при радиоактивных излучениях и высоком атмосферном давлении, способны были существовать и видоизменятся.

2. Жизнь возникла вместе с формированием Земли.

Исследование метеоритов показали наличие в них сложных органических соединений (углеводородов, спиртов, органических соединений, кислот), которые обычно являются составными элементами белковых тел. Образование простейших существ – вирусов (не клеточная форма жизни). В этой гипотезе важным моментом является то, что организмы перешли от стадии гетеро к автотрофному режиму жизни.

Автотрофы – дыхание основано на окислительных процессах.

Гетеротрофы – питание через биохимические реакции.

Дальнейшее развитие по Гипотезе 1.

3. Жизнь возникла до образования Земли и была занесена на неё.

В космосе были обнаружены: цианистый водород, муравьиная кислоты, этиловый спирт.

5.Понятие биосферы. Состав, строение и границы биосферы.

Под биосферой понимается все пространство, где существуют или существовала жизнь, т.е. где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. Обычно в биосфере довольно условно выделяют 4 крупных компонента: атмосферу, литосферу, гидросферу, живые организмы.

Состав биосферы.

Биосфера включает в себя:

• живое вещество, образованное совокупностью организмов (флора, фауна, микроорганизмы);

• биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.);

• косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (базальтные и гранитные породы);

• биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы, продукты распада и переработки горных и осадочных пород с живыми организмами, все природные воды). Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоем озона, который задерживает губительные для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком состоянии. Атмосфера. Газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержится диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза. Гидросфера. Вода - важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300 млн. км³. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км³, а количество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн. км³. Значительные запасы воды (24 млн. км³) содержат ледники. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их количество широко варьирует от температуры и присутствия живых организмов. Диоксида углерода, содержащегося в воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара. Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов. Живые организмы (живое вещество). Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х10¹²т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,03х10 ¹² т, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле. В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов - беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть - млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.