Принцип равенства гравитационной и инертной масс

В классической механике Ньютона существует два понятия массы: первое относится ко второму закону Ньютона, а второе — к закону всемирного тяготения. Первая масса — инертная (или инерционная) — есть отношение негравитационной силы, действующей на тело, к его ускорению. Вторая масса — гравитационная (или, как её иногда называют, тяжёлая) — определяет силу притяжения тела другими телами и его собственную силу притяжения. Вообще говоря, эти две массы измеряются, как видно из описания, в различных экспериментах, поэтому совершенно не обязаны быть пропорциональными друг другу. Их строгая пропорциональность позволяет говорить о единой массе тела как в негравитационных, так и в гравитационных взаимодействиях. Подходящим выбором единиц можно сделать эти массы равными друг другу.

Принцип движения по геодезическим линиям

Если гравитационная масса точно равна инерционной, то в выражении для ускорения тела, на которое действуют лишь гравитационные силы, обе массы сокращаются. Поэтому ускорение тела, а следовательно, и его траектория не зависит от массы и внутреннего строения тела. Если же все тела в одной и той же точке пространства получают одинаковое ускорение, то это ускорение можно связать не со свойствами тел, а со свойствами самого пространства в этой точке.

Таким образом, описание гравитационного взаимодействия между телами можно свести к описанию пространства-времени, в котором двигаются тела. Естественно предположить, как это и сделал Эйнштейн, что тела двигаются по инерции, то есть так, что их ускорение в собственной системе отсчёта равно нулю. Траектории тел тогда будут геодезическими линиями, теория которых была разработана математиками ещё в XIX веке.

Современные эксперименты подтверждают движение тел по геодезическим линиям с той же точностью, как и равенство гравитационной и инертной масс.

Кривизна пространства-времени

Если запустить из двух близких точек два тела параллельно друг другу, то в гравитационном поле они постепенно начнут либо сближаться, либо удаляться друг от друга. Этот эффект называется девиацией геодезических линий. Аналогичный эффект можно наблюдать непосредственно, если запустить два шарика параллельно друг другу по резиновой мембране, на которую в центр положен массивный предмет. Шарики разойдутся: тот, который был ближе к предмету, продавливающему мембрану, будет стремиться к центру сильнее, чем более удалённый шарик. Это расхождение (девиация) обусловлено кривизной мембраны.

Основные следствия ОТО

Согласно принципу соответствия, в слабых гравитационных полях предсказания общей теории относительности совпадают с результатами применения ньютоновского закона всемирного тяготения с небольшими поправками, которые растут по мере увеличения напряжённости поля.

Первыми предсказанными и проверенными экспериментальными следствиями общей теории относительности стали три классических эффекта, перечисленных ниже в хронологическом порядке их первой проверки:

1. Дополнительный сдвиг перигелия орбиты Меркурия по сравнению с предсказаниями механики Ньютона[25][26].

2. Отклонение светового луча в гравитационном поле Солнца [2].

3. Гравитационное красное смещение, или замедление времени в гравитационном поле

13. ? Вселенная – весь существующий материальный мир. Вселенная - место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению. Постепенное сужение научного значения термина Вселенная вполне понятно, так как естествознание, в отличие от философии, имеет дело только с тем, что эмпирически проверяемо современными научными методами. Вселенную в целом изучает наука, называемая космологией, т. е. наукой о космосе. Космология, в основе своей открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого. Все законы и научные теории являются моделями, поскольку они могут быть заменены в процессе развития науки другими концепциями, но модели Вселенной как бы в большей степени модели, чем многие иные научные утверждения. Современная структура Вселенной является результатом космической эволюции, в ходе которой из протогалактик образовались галактики, из протозвезд – звезды, из протопланетного облака – планеты. МЕТАГАЛАКТИКА - упорядоченная система галактик, представляет собой совокупность звездных систем – галактик, а ее структура определяется их распределением в пространстве, заполненном чрезвычайно разреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами. Согласно современным представлениям, для Метагалактики характерна ячеистая (сетчатая, пористая) структура. Эти представления основываются на данных астрономических наблюдений, показавших, что галак¬тики распределены не равномерно, а сосредоточены вблизи границ ячеек, внутри которых галактик почти нет. Кроме того, найдены огромные объемы пространства, в которых галактик пока не обнаружено. Возраст Метагалактики близок к возрасту Вселенной. По современным данным, возраст ее оценивается в 15 млрд. лет. ГАЛАКТИКА – гигантская система, состоящая из скоплений звезд и туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию. По форме галактики разделяются на три типа: эллиптические, спиральные и неправильные. Эллиптические галактики обладают формой эллипсоида с разной степенью сжатия. Они являются наиболее простыми по структуре: распределение звёзд равномерно убывает от центра. Спиральные галактики представлены в форме спирали. Это самый многочисленный вид галактик, к которому относится и наша Галактика – Млечный путь. Неправильные галактики не обладают выраженной формой, в них отсутствует центральное ядро. Некоторые галактики характеризуются исключительно мощным радиоизлучением, превосходящим видимое излучение. Это радиогалактики. В строении этих «правильных» галактик можно выделить центральное ядро и сферическую периферию, представленную либо в форме огромных спиральных ветвей, либо в форме эллиптического диска, включающих наиболее горячие и яркие звезды и массивные газовые облака. Ядра галактик проявляют свою активность в разных формах: в непрерывном истечении потоков вещества, в выбросах сгустков газа и облаков газа с массой в млн. солнечных масс, в нетепловом радиоизлучении из околоядерной области. В ядре галактики сосредото¬чены самые старые звезды, возраст которых приближается к возрасту галактики. Звезды среднего и молодого возраста расположены в диске галактики. Звезды и туманности в пределах галактики движутся довольно слож¬ным образом: вместе с галактикой они принимают участие в расширении Вселенной, кроме того, они участ¬вуют во вращении галактики вокруг оси. ЗВЕЗДЫ. На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном состоянии. Звезды не существуют изолированно, а образуют системы. Простейшие звездные системы состоят из двух, трех, четырех, пяти и больше звезд. Звезды объединены также в еще бóльшие группы – звездные скопления, которые могут иметь «рассеянную» или «шаровую» структуру. Рассеянные звездные скопления насчитывают несколько сотен отдельных звезд, шаровые скопления – многие сотни тысяч. 97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представ¬ляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристи¬кой движения. Рождение звезд происходит в газово-пылевых туманностях под действием гравитационных, магнитных и других сил, благодаря которым идет формирование неустойчивых однородностей и диффузная материя распадается на ряд сгущений. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА представляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, 9 больших планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон), десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет и бесчисленное множество метеоритных тел, движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела – Солнца. Солнце – звезда второго порядка. Солнечная система является упорядоченной системой, имеющей свои закономерности строения. Единый характер Солнечной системы проявляется в том, что все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и почти в одной и той же плоскости. Кроме того Солнце, планеты, спутники планет вращаются вокруг своих осей в том же направлении, в котором они совершают движение по своим траекториям. Закономерно и строение Солнечной системы: каждая следующая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая. Первые четыре планеты относятся к планетам земной группы, которые характеризуются сравнительно малыми массами и большими плотностями слагающих их веществ. Они состоят из расплавленного железного ядра, окруженного силикатной оболочкой - корой. Эти планеты обладают газовыми атмосферами. Их температуры главным образом определяются расстоянием до Солнца и убывают с его увеличением. Начинающаяся с Юпитера группа планет - гигантов в основном сложена из легких элементов (водорода и гелия), давление которых во внутренних слоях возрастает до огромных величин, вследствие гравитационного сжатия. Планеты второй группы обладают большим числом спутников. У Сатурна их число столь велико, что при недостаточном увеличении планета кажется опоясанной системой непрерывных колец. Расстояние от Земли до Солнца – 149,6 млн. км. О механизме образования планет в Солнечной системе так же нет общепризнанных заключений. Солнечная система образовалась примерно 5 млрд. лет назад. Выдвинуто множество гипотез по поводу возникновения Солнечной системы, но ни одна из них не перешла в ранг общепризнанной. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясные места. Космогеническая гипотеза Канта-Лапласа – 1 теория происхождения Солнечной системы. Согласно этой гипотезе система планет вокруг Солнца образовалась в результате действия сил притяжения и отталкивания между частицами рассеянной материи (туманности), находящейся во вращательном движении вокруг Солнца. Гипотеза Дж.Х. Джинса – он предположил, что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь, преобразовалась в планеты. Однако, учитывая огромное расстояние между звездами, такое столкновение кажется невероятным. Современная концепция Х. Альфвена и Ф. Хойла, основывается на том, что необходимо учитывать не только механические силы, но и, в частности, электромагнитные. Первоначальное газовое облако, из которого образовалось 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 газ на тех расстояниях, где сейчас планеты. Гравитационная и магнитная силы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа, и в результате образовались планеты.

Проблема эволюции Вселенной является центральной в естествознании. Вопросы о том, как велик окружающий нас звездный мир и когда он возник или был создан, интересуют людей с незапамятных времен. В различных мифах, натурфилософских представлениях до нас дошли идеи о бесконечном пространстве и времени. Действительно, утверждения о том, что мир возник из какого-то первичного хаоса или был сотворен в некоторый момент времени, неявно предполагают, что Хаос и Творец существовали еще «до того», а за границами мира, как бы далеко они ни располагались, всегда есть что-то еще, по крайней мере пустота. Принципиально иная концепция возникла в 20-х годах 20-го века. В простейшем варианте теории горячей Вселенной предполагается, что Вселенная возникла спонтанно в результате взрыва из состояния с очень большой плотностью и энергией (состояние сингулярности). По мере расширения Вселенной температура падала (сначала быстро, а затем все медленнее) от очень большой до довольно низкой, обеспечивавшей возникновение условий, благоприятных для образования звезд и галактик. На протяжении около 1 млн лет температура превышала несколько тысяч градусов, что препятствовало образованию атомов, и, следовательно, космическое вещество имело вид разогретой плазмы, состоящей из ионизированных водорода и гелия. Лишь когда температура Вселенной понизилась приблизительно до температуры поверхности Солнца, возникли первые атомы. Таким образом, атомы — это реликты эпохи, наступившей через 1 млн лет после Большого взрыва.

Вселенная - это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве, бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Часть Вселенной, охваченная астрономическими наблюдениями, наз-ся Метагалактикой, или нашей Вселенной.

Строение и эволюция Вселенной изучаются космологией. Космология - один из разделов естествознания, которая по своему всегда находится на стыке наук. Она использует достижения физики, математики и философии.

Главные составляющие Вселенной - Галактики, каждая из которых состоит из 100 миллиардов звезд. Окружающие солнце звезды и само солнце составляют малую часть гигантского скопления звезд и туманностей, которую наз-ют Галактикой. Солнце вместе с планетной системой входит в нашу Галактику, основную массу звезд которой мы наблюдаем в форма Млечного Пути. Кроме звезд и планет, Галактика содержит значительное кол-во разреженных газов и космич. пыли. Число звезд в Галактике порядка триллиона. Самые многочисленные из них - карлики с массами примерно в 10 раз меньше Солнца. В состав Галактики входят двойные и кратные звезды, а также группы звезд, связанных силами тяготения и движущиеся в пространстве как единой целое, - звездные скопления.

16. ? Земля - это третья от Солнца планета Солнечной системы. Она обращается вокруг звезды по эллиптической орбите (очень близкой к круговой) за период равный 365.24 суток. Земля имеет спутник - Луну, обращающуюся вокруг Солнца. Период вращения планеты вокруг своей оси 23 ч 56 мин 4.1 сек. Вращение вокруг своей оси вызывает смену дня и ночи, а наклон оси и обращение вокруг Солнца - смену времен года.Форма Земли - геоид, приближенно - трехосный эллипсоид, сфероид. Земля обладает магнитным и тесно связанным с ним электрическим полями. Гравитационное поле Земли обуславливает её сферическую форму и существование атмосферы.По современным космогоническим представлениям, Земля образовалась примерно 4.7 млрд. лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газового вещества. В результате дифференциации вещества, Земля, под действием своего гравитационного поля, в условиях разогрева земных недр возникли и развились различные по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам оболочки - геосферы: ядро (в центре), мантия, земная кора, гидросфера, атмосфера, магнитосфера. В составе Земли преобладает железо, кислород, кремний, магний. Земная кора, мантия и внутренняя чаять ядра твердые (внешняя часть ядра считается жидкой). От поверхности Земли к центру возрастают давление, плотность и температура. Основные типы земной коры - материковый и океанический, в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного строения.Большая часть Земли занята Мировым океаном, горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают примерно 20% поверхности суши, леса - около 30%, ледники - свыше 10%. Средняя глубина мирового океана около 3800 м. Атмосфера Земли состоит из воздуха - смеси в основном азота и кислорода, остальное-водяные пары, углекислый газ, а также инертные и другие газы. Образование Земли и начальный этап ее развития относятся к догеологической истории. Абсолютный возраст наиболее древних горных пород составляет свыше 3.5 млрд. лет. Геологическая история Земли делится на два неравных этапа: докембрий, занимающий примерно 5/6 всего геологического летоисчисления (около 3 млрд. лет), и фанерозой, охватывающей последние 570 млн. лет. Около 3-3.5 млрд. лет назад в результате закономерной эволюции материи на Земле возникла жизнь, началось развитие биосферы. Совокупность всех населяющих ее живых организмов, так называемое живое вещество Земли, оказала значительное влияние на развитие атмосферы, гидросферы и осадочной оболочки. Новый фактор, оказывающий мощное влияние на биосферу - производственная деятельность человека, который появился на Земле менее 3 млн. лет назад.

14. Все небесные тела можно разделить на испускающие энергию – звезды, и не испускающие – планеты, кометы, метеориты, космическую пыль. Звезды – это фабрики по производству химических элементов и источники света и жизни. На совре-менном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звезд-ном состоянии. 97% вещества в нашей Галактике сосредоточенно в звездах.

Галактика представляет собой гигантское скопление звезд и их систем, имеющие свой центр (ядро) и различную, не только сферическую, но часто спиралевидную, эллиптическую или вообще неправильную форму. Наша Галактика называется Млечным Путем и состоит из 120 млрд. звезд. Она состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Её размеры – 100 тыс. световых лет. Большая часть звезд нашей галактики сосредоточена в гигантском «диске» толщиной около 1500 световых лет. На расстоянии около 30 тысяч световых лет от центра галактики расположено Солнце.

Долгое время Галактикой ограничивалась известная часть Вселенной, но затем выяснилось, что так называемые внегалактические туманности представляют собой не что иное, как другие галактики, образующие в совокупности сверхсистему, называемую метагалактикой. Системы более высоких порядков пока нам неизвестны, и поэтому в литературе термины «метагалактика» и «Вселенная» часто употребляются как равно-значные. Метагалактика, или система галактик, включает в себя все известные косми-ческие объекты.

По радиоастрономическим наблюдениям сделано заключение, что, наша Галактика имеет четыре спиральные ветви. Ближайшей галактической системой является туман-ность Андромеды, находящаяся от нас на расстоянии 2,5 млн. световых лет. Нашу Галактику и туманность Андромеды можно причислить к самым большим из известных в настоящее время галактик. Галактики содержат разреженный газ и космическую пыль, но главные объекты галактик - это звезды.

Мир звезд необыкновенно разнообразен. И хотя все звезды – раскалённые шары, подобные Солнцу, в глубинах которых вырабатывается ядерная энергия, их физические характеристики различаются весьма существенно. Есть, например, звезды гиганты и сверхгиганты. По своим размерам они значительно превосходят Солнце. Объем одной из звезд в созвездии Цефея больше объема Солнца в 14 млрд. раз. Кроме звезд – гигантов существуют и звезды – карлики, значительно уступающие по своим размерам Солнцу. Известны карлики, которые меньше Земли и даже Луны. Вещество их отличается чрезвычайно высокой плотностью. Самой большой плотностью обладают нейтронные звезды. Поперечник такой звезды, состоящей главным образом из ядерных частиц – нейтронов, составляет всего около 20-30 км, а средняя плотность вещества достигает 100 млн. т/см3. По существу нейтронная звезда – это громадное атомное ядро. Нейтронные звезды быстро вращаются, и радиолуч каждой вращающейся звезды регистрируется радиотелескопом как импульс радиоизлучения. В этой связи нейтронные звезды подобного типа называются пульсарами.

Звезды обладают различными поверхностными температурами, соответственно меня-ется и цвет звезд. Сравнительно «холодные» звезды – с температурой около 3-4 тыс. градусов – красного цвета. Наше Солнце, поверхность которого «нагрета» до 6 тыс. градусов, имеет желто-зеленый цвет. Самые горячие звезды, с температурой, превосходя-щей 12 тыс. градусов, - белые и голубоватые.

Во Вселенной наблюдаются вспышки новых и сверх новых звезд. Такие звезды в некоторый момент времени в результате бурных физических процессов неожиданно увеличиваются в объеме, «раздуваются», сбрасывают свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выделяют чудовищное количество энергии – в миллиарды раз больше, чем выделяет Солнце. Затем, исчерпав свои ресурсы, они постепенно тускнеют, превраща-ясь в газовую туманность.

Звезды, составляющие Галактику, движутся вокруг её центра, по очень сложным орбитам. С огромной скоростью – около 250 км/с – движется в мировом пространстве и наше Солнце, увлекая за собой свои планеты. Солнечная система совершает один полный оборот вокруг галактического центра за 180 млн. лет. Ближайшие к Солнцу звезды –

Альфа – Центавра и Сириус. Возраст солнечной системы около 5 млрд. лет.

К интересным небесным телам, которым часто приписывались сверхъестественные значения, относятся кометы. Кометы – это небесные тела неправильной формы, которые состоят изо льда с вкраплениями каменных и железных глыб, имеющих размеры порядка нескольких десятков километров. Когда комета приближается к Солнцу, то ледяная поверхность кометы нагревается, и лед начинает потихоньку таять и испаряться. Из ядра кометы выделяются газы, образующие обширную голову кометы. Воздействие солнеч-ного излучения и солнечного ветра обуславливает образование хвоста, иногда достига-ющего миллионов километров в длину. Выделяемые газы уходят в космическое простран-ство, вследствие чего при каждом приближении к Солнцу комета теряет значительную часть своей массы. В связи с этим кометы живут относительно недолго, тысячелетия и столетия.

Современная модель расширяющейся Вселенной столкнулась с теоретическими проблемами, разрешение которых способствовало прогрессу астрономии. Разлетаясь после Большого взрыва из точки с бесконечно большой плотностью, сгустки вещества должны слегка притормаживать друг друга силами взаимного притяжения, и скорость их должна падать. Но для торможения не хватало всей массы Вселенной. Из этого возраже-ния родилась в 1939 году гипотеза о наличии во Вселенной так называемых «черных дыр», которые невозможно увидеть, но которые хранят в себе 9/10 всей массы Вселен-ной, т.е. столько, сколько недоставало.

Что представляют собой «черные дыры»? Если некоторая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме, критическом для данной массы, то под действием собственного тяготения такое вещество начинает неудержимо сжиматься. Происходит гравитационный коллапс. В результате сжатия растет концентрация массы и наступает момент, когда сила тяготения на поверхности становится столь велика, что для её преодоление надо бы развить скорость большую, чем скорость света, а это невозможно. Поэтому «черные дыры» ничего не выпускают наружу и не отражают, и стало быть их невозможно обнаружить. В черной дыре пространство искривляется, а время замедля-ется. Если сжатие продолжается дальше, то на каком-то её этапе начинаются незатуха-ющие ядерные реакции. Сжатие прекращается, а затем происходит антиколлапсионный взрыв, и «черная дыра» превращается в «белую дыру». Предполагается, что «черные дыры» находятся в ядрах галактики, являясь сверхмощным источником энергии.

Образование планет являются частью образования звезд. Поэтому особенности планет как объектов мегамира можно понять лишь в рамках общего космологического процесса, в силу которого вблизи определенных звезд возникает система планет, вращающиеся вокруг них. Поскольку вследствие громадных космических расстояний планетные системы других звезд не наблюдает, то проблема происхождения планет рассматривается на модели происхождения планет Солнечной системы.

Первые теории происхождения солнечной системы были выдвинуты немецким философом И.Кантом и французским математиком Лапласом. Их теории вошли в науку как некая коллективная космологическая гипотеза Канта - Лапласа, хотя разрабатыва-лись они независимо друг от друга. Кант утверждал, что Солнце, планеты и их спутники возникли из первоначальной, бесформенной туманной массы, некогда равно-мерно заполнявшей мировое пространство. Под влиянием сил притяжения, присущих частицам материи, из этих частиц образовались отдельные скопления становившиеся центрами притяжения. Из одного такого крупного центра скопления образовалось Солнце, вокруг него расположились частицы в виде туманностей, которые начали двигаться по кругу. В круговых туманностях образовались зародыши планет, которые начали вращать-ся также вокруг своей оси.

Приблизительно через 50 лет после этого Лаплас высказал идеи, развивавшие и дополнявшие кантовское космологическое учение. Гипотеза Лапласа основывалась на том, что Солнечная система образовалась из уже вращающейся газовой туманности. По теории Канта, Солнечная система также возникла из газовой туманности, но она не имела предварительного вращения. В этом случае появлялась непреодолимая трудность: невозможно было объяснить, как могло образоваться правильное вращательное движение небесных тел. Гипотеза Канта – Лапласа получила широкое признание в первой половине ХIХ в., но потом оказалось, что ряд факторов не укладывается в её рамки. Пытаясь решить возникшие трудности, английский астрофизик Дж. Джинс предположил, что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь, преобразовалась в планеты. Однако, учитывая огромное расстояние между звездами, такое столкновение кажется совершенно невероятным. Более детальный анализ выявил и другие недостатки этой гипотезы. Например, известно, что каждая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая. Принимая во внимание закономерности строения Солнечной системы, кажется невозможным, чтобы планеты были лишь осколками, оставшимися после космической катастрофы.

Современные концепции происхождения планет Солнечной системы основываются на том, что нужно учитывать не только механические силы, но и другие, в частности электромагнитные. Эта идея была выдвинута шведским астрофизиком Х. Альфвеном и английским ученым Ф.Хойлом. Согласно их гипотезе, первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа, подвер-женного 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. Гравитационные и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа, в результате чего образовались планеты. Когда возникли самые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах, создав, таким образом, системы спутников. Теории происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверности на современном этапе развития науки невозможно. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясные места.

15. Солнечная система состоит из 9 планет, которые расположены в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Все планеты движутся в одном направлении, в единой плотности (за исключением Плутона) по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы (до Плутона) 5,5 световых лет. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км, что составляет 107 его диаметров.

Малые планеты, как и большинство спутников планет, не имеют атмосферы, так как силы тяготения на их поверхности недостаточно для удержания газа. В атмосфере Венера преобладает углекислый газ, а в атмосфере Юпитера - аммиак. На Луне и Марсе имеются кратеры вулканического происхождения. Радиус Земли – 6,3 тыс. км, масса - 621 тонн, плотность – 5,5г/см3. Исследования показывают, что полюса на Земле менялись, и когда – то Антарктида была вечноземной. Вечная мерзлота образовалась 100 тыс. лет назад после великого оледенения.

Земля образовалась около 5 миллиардов лет назад. Первичное вещество планеты сжималось под действием тяготения, принимало форму шара, недра которого разогре-вались вследствие радиоактивного распада химических элементов. Происходили процес-сы перемешивания, шли химические реакции, боле легкие силикатные породы выдавли-вались из глубины на поверхность и образовали земную кору, тяжелые – остались внутри. Разогревание сопровождались бурной вулканической деятельностью, при этом пары и газы вырывались наружу. В процессе вулканической деятельности рождалась земная атмосфера, а водяные пары конденсировались в океанах

Планета Земля состоит из земной коры, мантии и ядра. Земную кору покрывает гидросфера – жидкая оболочка и атмосфера – газовая оболочка. Твердая оболочка Земли делится на две основные части – земную кору и мантию. Верхняя часть твердой оболочки – земная кора – имеет толщину в среднем несколько десятков километров. На материках она равна 30 – 40 км, под Памиром и Андами – 70 – 80 км, а под океаном – до 10 км. Самая верхняя часть земной коры на континентах в значительной мере состоит из осадочных пород. В них находят останки вымерших животных и растительных организмов, когда-то населявших Землю.

Самая глубокая геосфера Земли – ядро – имеет радиус около 3,5 тыс. км и состоит из внешней оболочки, находящейся в жидком состоянии и внутреннего твердого субъядра. Температура в центре ядра достигает около 5 000 оС, плотность 12,5 т/м3 . Предлагается, что субъядро похоже по составу на железный метеорит, содержащий 80% железа и 20% никеля. Внешняя оболочка ядра содержит железо (52%) и смесь железа с серой (48%). С её жидким состоянием связывают природу земного магнетизма.

Между ядром и земной корой расположена мантия – самая массивная часть Земли, составляющая около 83% её объема. Температура мантии равна 2000-2500 оС. Мантия состоит из различных силикатов - соединений, содержащих кремний. Происходящие в ней процессы, обуславливают тектоническое движение, образование магмы и вулканическую активность. Верхняя часть мантии вместе с земной корой образует литосферу – внешнюю сферу твердой части Земли. В соответствии с гипотезой новой глобальной тектоники – науки о развитии структуры земной коры – литосфера разбита на крупные плиты, кото-рые перемещаются в горизонтальном направлении. Литосферные плиты представляют собой крупные блоки земной коры, включающие не только континентальную, но и сопряженную с ней океаническую кору: они ограничены со всех сторон сейсмическими и активными тектоническими зонами разломов. По последним данным, из-за смещений литосферной континентальной плиты Эверест ежегодно растет на 2,5-5 см. На основе теории, объясняющей динамику процессов в земной коре, появилась возможность объяснить природу и процессы извержения вулканов и землетрясений.

Гидросфера – водная оболочка Земли, в отличие от литосферы и атмосферы, покрывает земной шар лишь на 70% его поверхности, К гидросфере относится Мировой океан и воды суши: реки, озера, подземные воды, ледники. Все они связаны между собой в планетарном процессе круговорота воды, газов и минеральных солей.

Атмосфера Земли представляет собой газовое образование, которое окутывает нашу планету сплошной оболочкой. Верхняя граница атмосферы лежит на высоте более 2000 км. Атмосфера сохраняет тепло солнечных лучей, защищает животный и раститель-ный мир от вредного воздействия солнечных ультрафиолетовых и космических лучей. Без атмосферы солнечные лучи раскалили бы освещенную сторону Земли, на неосвещен-ной был бы ледяной холод, а наша планета была бы такой же безжизненной, как Луна.

Установлено, что по вертикали атмосфера неоднородна. С высотой изменяется не только атмосферное давление, плотность и температура воздуха, но и электрическое состояние атмосферы, а на больших высотах и её состав. Поэтому в атмосфере выделяют несколько сфер с различными физическими свойствами. К числу этих сфер относятся: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера (или ионосфера), экзосфера.

Тропосфера простирается от поверхности Земли до высоты 8-12 км в умеренных и высоких широтах и до 16-17 км – в тропической и экваториальной зоне. В тропосфере находится почти весь водяной пар. Поэтому только здесь возникают облака и выпадают дожди, снег, град, наблюдаются грозы, ливни, метели, гололед и т.д. Характерная особен-ность тропосферы – понижение температуры в среднем на 6 оС на каждый километр высоты.

Над тропосферой находится стратосфера. Её нижняя граница расположена на высотах 8 – 17 км, а верхняя – 50-55 км. Стратосфера характеризуется возрастанием температуры с высотой: в экваториальной зоне от – 40о С , а в полярных зонах от -80о С – до температур, близких к 0о С. Стратосфера отличается от тропосферы малой турбулент-ностью воздушных масс и ничтожным содержанием водяного пара. Слой воздуха, отделяющий тропосферу от стратосферы, называют тропопаузой. Это сравнительно тонкий слой атмосферы, измеряемый десятками и сотнями метров.

Выше стратосферы до высот порядка 80 км находится мезосфера. В ней температура с высотой падает и у верхней границы составляет – 80о С. Переходный слой между страто-сферой и мезосферой называют стратопаузой.

Между высотами 80 км и 800 км располагается термосфера. На высоте около 100 км. температура переходит через 0 оС, в слое 150 – 200 км она доходит до 500оС, а на высотах 500 – 600 км превышает 1500оС. В верхней термосфере температура достигает почти 2000оС. Но значит ли это, что, попав туда, мы с нашей ракетой попадем в ад? Отнюдь нет! Здесь настолько глубокий вакуум, что понятие температуры приобретает смысл, отлич-ный от принятого нами в повседневной жизни. Находясь в обычных условиях, мы темпе-ратурой измеряем степень нагретости тела. В случае газа это значит, что чем выше темпе-ратура газа, тем больше скорость его молекул. Другими словами, чем быстрее движутся частицы газа, тем больше температура. Говорить о температуре одной частицы нельзя. Можно говорить только о температуре всего газа. Частицы газа должны сталкиваться и обмениваться друг с другом энергией. Чем меньше плотность газа, тем реже сталкиваются частицы, из которых он состоит. Кинетическая энергия частиц в термосфере очень велика, поэтому высока их кинетическая температура. Но эту высокую температуру мы, оказав-шись там, были бы не в состоянии почувствовать, поскольку плотность газа ничтожно мала. Более того, та часть нашего тела, на которую не падали бы солнечные лучи, испыты-вала бы ледяной холод. В термосфере газы находятся большей частью в атомарном, ионизированном состоянии. Учитывая способность газов термосферы ионизироваться, её также называют ионосферой.

Выше термосферы имеется ещё одна сфера – экзосфера («экзо» - «внешняя»). Эта область атмосферы названа так потому, что находящиеся здесь частицы могут иметь скорости, которые больше первой космической скорости (11, 2 км/с). При таких скоростях частицы преодолевают силу земного притяжения и уносятся за пределы земной атмосферы.