Тема 5.02. Космогония. Геологическая эволюция
Космогония(греч. kosmogonía, от kósmos — мир, Вселенная и gone, goneia — рождение), область науки, в которой изучается происхождение и развитие космических тел и их систем: звёзд и звёздных скоплений, галактик, туманностей, Солнечной системы и всех входящих в неё тел — Солнца, планет (включая Землю), их спутников, астероидов (или малых планет), комет, метеоритов.
Эргодическая гипотеза(от греч. érgon — работа и hodós — путь) в статистической физике, состоит в предположении, что средние по времени значения физических величин, характеризующих систему, равны их средним статистическим значениям. Состояние некоторой физической системы определяется импульсами и координатами составляющих ее тел или частиц, т. е. 6Nвеличинами (N —число частиц или тел). Возможные состояния системы удобно представлять себе как точки 6N-мерного пространства —фазового пространства,а ее эволюцию с течением времени — как некоторое движение (траекторию) в этом пространстве.
Звёзды,самосветящиеся небесные тела, состоящие из раскалённых газов, по своей природе сходные с Солнцем. Солнце кажется несравненно больше звезды только благодаря близости его к Земле: от Солнца до Земли свет идёт 81/3мин,а от ближайшей звезды Центавра — 4года 3 мес.Основные характеристики звезд — масса, радиус (не считая внешних прозрачных слоев), светимость (полное количество излучаемой энергии), эти величины часто выражаются в долях массы, радиуса и светимости Солнца. Кроме основных параметров, употребляются их производные: эффективная температура, спектральный класс, характеризующий степень ионизации и возбуждения атомов в атмосфере звезды, абсолютнаязвёздная величина(т. е. звёздная величина, которую имела бы звезда на стандартном расстоянии 10 парсек);показатель цвета(разность звёздных величин, определённых в двух разных спектральных областях). В состав нашей Галактики к которой принадлежит Солнце входит более 100 млрд. звезд.
Распределение звезд по спектрам и светимостям.Массы звезд заключены в пределах от 0,04 до 100 масс Солнца, светимости от 510-4до 105светимостей Солнца, радиусы от 210-1до 103 радиусов Солнца. Эти параметры связаны определёнными зависимостями. Наиболее важные из них выявляются на диаграммах «спектр — светимость» (Герцшпрунга — Ресселла диаграммах) или «эффективная температура — светимость»
Диаграмма Герцшпрунга — Ресселла.
Большинство звезд расположено на главной последовательности (V класс светимости). Левый её конец образуют звезды класса О с температурами 30 000—50 000°, правый — красные звёзды-карлики класса Мс температурами 3000—4000°. На диаграмме видна последовательность гигантов (III класс), в которую входят звезды высокой светимости (т. е. имеющие большие радиусы). Выше расположены последовательности ещё более ярких сверхгигантов Ia, Iв и II. (Принадлежность звезды к числу карликов, гигантов и сверхгигантов обозначалась ранее буквами d, g и с перед спектральным классом.) Внизу диаграммы расположены белые карлики (VII), размеры которых сравнимы с размерами Земли при плотности порядка 106г/см3.Кроме этих основных последовательностей, отмечаются субгиганты (IV) и субкарлики (VI).
Спектры звезд.Основным критерием в этой классификации принята интенсивность атомных спектральных линий или молекулярных полос; одновременно грубо учитывается распределение энергии в непрерывном спектре звезды. Гарвардская Спектральная классификация звезд основанна на эмпирических данных, является температурной классификацией. Спектральные классы имеют буквенные обозначения и располагаются в последовательности:
соответствующей убыванию температуры; ответвления выражают различия химического состава. Переходы между классами непрерывны, внутри классов вводятся десятичные подразделения, например В0, В1, В2, ..., В9, А0, ..., причём каждый последующий класс или его подразделение называется более поздним по отношению к предыдущему. 99% всех звёзд принадлежат к спектральным классам В — М. Звёзды классов О, R, N, S редки. Класс О (температура » 50000—30000 К ). Класс В (t » 30000—12000 К). Класс А (t» 11500—7700К), Класс F (t» 7600—6100 К). Класс G (t » 6000—5000К). Класс К (t » 4900—3700 К). Класс М (t » 3600 — 2600 К). Клacc R (t » 5000—4000 К). Класс N (t» 3000—2000 К ). Класс S (t» 3000—2000 К).
Источники звёздной энергии и эволюция звёзд.Основным источником энергии звезд являются термоядерные реакции, при которых из лёгких ядер образуются более тяжёлые чаще всего это — превращение водорода в гелий.
Солнце,центральное телоСолнечной системы, представляет собой раскалённый плазменный шар; Солнце — ближайшая к Землезвезда. Масса Солнца 1,990 1030кг (в 332 958 раз больше массы Земли). В Солнце сосредоточено 99,866% массы Солнечной системы.
Внутреннее строениеСолнца. Полагают, что содержание водорода в Солнца по массе около 70%, гелия около 27%, содержание всех остальных элементов около 2,5%. На основании этих предположений вычислено, что температура в центре Солнца составляет 10—15106К, плотность около 1,5•105кг/м3, давление 3,4•1016 н/м2(около 3•1011 атмосфер). Считается, что источником энергии, пополняющим потери на излучение и поддерживающим высокую температуру Солнца, являются ядерные реакции, происходящие в недрах Солнца при которых водород превращается в гелий.
Солнечная активность,совокупность явлений, наблюдаемых на Солнце и связанных с образованиемсолнечных пятен,факелов,флоккулов,волокон,протуберанцев, возникновением солнечных вспышек, возмущений всолнечной короне, увеличением ультрафиолетового, рентгеновского и корпускулярного излучения и др. Интенсивность явлений Солнечной активности характеризуют условными индексами — относительным числом солнечных пятен, площадью пятен, площадью и яркостью факелов, флоккулов, волокон и протуберанцев. Средняя годовая величина таких индексов изменяется периодически со средним периодом около 11 лет (период колеблется от 7,5 до 16 лет). Величина максимума 11-летнего цикла изменяется с периодом около 80 лет.
Солнечный ветер,представляет собой постоянное радиальное истечение плазмысолнечной короныв межпланетное пространство. Образование Солнечного ветра связано с потоком энергии, поступающим в корону из более глубоких слоев Солнца. По-видимому, переносят энергию магнитогидродинамические и слабые ударные волны. Для поддержания Солнечного ветра существенно, чтобы энергия, переносимая волнами и теплопроводностью, передавалась и верхним слоям короны. Постоянный нагрев короны, имеющей температуру 1,5—2 млн. градусов, не уравновешивается потерей энергии за счёт излучения, т.к. плотность короны мала. Избыточную энергию уносят частицы Солнечного ветра. По существу Солнечный ветер — это непрерывно расширяющаяся солнечная корона.
Солнечный магнетизм,совокупность явлений, связанных с существованием на Солнце магнитного поля. Различают магнитные поля солнечных пятен, активных областей вне пятен и т. н. общее магнитное поле Солнца. Впервые магнитное поле на Солнце было открыто американским астрономом Дж. Хейлом в 1908 по расщеплению линий поглощения ( эффект Зеемана ) в спектрах пятен.
Возраст Солнца— около 5109лет. Солнце как звезда является типичным жёлтым карликом. Период обращения Солнца вокруг центра Галактики около 200 млн. лет.
Гипотеза Шмидта в астрономии, космогоническая гипотеза, главной частью которой является предположение об образовании планет путём объединения холодных твёрдых тел различных размеров, обращавшихся вокруг Солнца. Разработана в 1943 О. Ю.Шмидтомна основе критического изучения истории планетной космогонии и анализа закономерностей движения планет.
Земля имеет сложную форму, определяемую совместным действием гравитации, центробежных сил, вызванных осевым вращением Земли, а также совокупностью внутренних и внешних рельефообразующих сил. Приближённо в качестве формы (фигуры) Земли принимают уровенную поверхность гравитационного потенциала т. е. поверхность, во всех точках перпендикулярную к направлению отвеса, совпадающую с поверхностью воды в океанах при отсутствии волн, приливов, течений и возмущений, вызванных изменением атмосферного давления. Эту поверхность называютгеоидом.
Для решения многих научных и практических задач геодезии, картографии и др. в качестве формы Земли. принимают земной эллипсоид.
Магнитосфера.Самой внешней и протяжённой оболочкой Земли является магнитосфера — область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли. и его взаимодействием с потоками заряженных частиц .
Земной магнетизмобусловлен действием постоянных источников, расположенных внутри Земли и испытывающих лишь медленные вековые изменения (вариации), и внешних (переменных) источников, расположенных вмагнитосфере Землииионосфере. Соответственно различают основное (главное, ~99%) и переменное (~1%) геомагнитные поля. Для объяснения происхождения основного геомагнитного поля выдвигалось много различных гипотез. Современные данные о вековых вариациях и многократных изменениях полярности геомагнитного поля удовлетворительно объясняются только гипотезой о гидромагнитном динамо (ГД). Согласно этой гипотезе, в электропроводящем жидком ядре Земли могут происходить достаточно сложные и интенсивные движения, приводящие к самовозбуждению магнитного поля, аналогично тому, как происходит генерация тока и магнитного поля в динамо-машине с самовозбуждением. Действие ГД основано на электромагнитной индукции в движущейся среде, которая в своём движении пересекает силовые линии магнитного поля.
