Структура Вселенной
Основные элементы структуры Вселенной: галактики, звёзды, планеты
Галактики (от греч. Молочный, млечный) - системы из миллиардов звёзд, обращающихся вокруг центра галактики и связанных взаимным тяготением и общим происхождением,
Планеты – тела, не испускающие энергию, со сложной внутренней структурой.
Самым распространенным небесным телом в наблюдаемой Вселенной являются звезды.
По современным представлениям
звезда – это газоплазменный объект, в котором происходит термоядерный синтез при температурах свыше 10 млн град. К.
Высокая светимость звезд, поддерживаемая в течение длительного времени, свидетельствует о выделении в них огромных количеств энергии.
Основные причины высокой светимости звезд
гравитационное сжатие, приводящее к выделению гравитационной энергии (характерно для молодых звезд)
термоядерные реакции, в результате которых из ядер легких элементов синтезируются ядра более тяжелых элементов и выделяется большое количество энергии.
Наше Солнце является медленно горящей водородной бомбой.
Эволюция звезд - это изменение физических характеристик, внутреннего строения и химического состава звезд со временем.
Процесс формирования космических тел из разряженной газовой и газово-пылевой среды под действием гравитационных сил называется гравитационная конденсация
Протозвезда - плотный фрагмент молекулярного облака, в котором еще не достигнуты температуры, необходимые для начала термоядерных реакций, т.е. превращения облака в звезду.
Конец эволюции звезды определяется ее массой.
Конечным этапом эволюции звезды средней и малой массы (меньше 3-4 масс Солнца) является белый карлик.
Эволюция звезд большей массы приводит к образованию нейтронных звезд или черных дыр.
В результате гравитационного коллапса происходит мощнейший взрыв звезды, сопровождающийся выделением колоссальной энергии в виде электромагнитного излучения и выбросом в окружающее пространство веществ, представляющих химические элементы всей таблицы Менделеева (первые наблюдения взрыва сверхновой были сделаны китайскими и японскими астрономами в 1054 году).
Звезды выступают как своеобразные кузницы атомов.
Атомы элементов легче железа образуются в результате термоядерных реакций внутри звезд. Тяжелее железа- при взрыве сверхновых звезд.
Согласно космологическим моделям, распространение химических элементов по Вселенной происходит в результате взрывов Сверхновых звезд.
Солнечная система – часть Вселенной.
Геоцентрическая система мира - существовавшее в древности (Аристотель и Птолемей) представление, согласно которому Земля неподвижно покоится в центре мира, а все небесные светила движутся вокруг неё.
В первой половине 16 в.- 17 учеными Н.Коперником, Г. Галилеем, Дж.Бруно была разработана гелиоцентрическая система мира - учение, согласно которому Земля, как и другие планеты, обращается вокруг Солнца и, кроме того, вращается вокруг своей оси.
Солнечная система - планетная система в составе Млечного пути, в которую входят: Солнце, восемь классических планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), несколько планет карликов (Плутон, Зена и пр., ) спутники планет, кометы, метеорные тела, космическая пыль.
Центральным телом Солнечной системы, в котором сосредоточена подавляющая часть всей её массы (около 99,9 %), является Солнце.
Согласно современным представлениям, Солнечная система сформировалась в результате сжатия газопылевого облака приблизительно 5 миллиардов лет назад.
Считается, что эволюция протопланетного диска происходила за 1 млн. лет. Шло слипание частичек в центральной части этого диска, которое в дальнейшем привело к образованию сгущений частиц, вначале небольших, потом – более крупных.
В 40-х годах 20 в. академик О.Ю.Шмидт выдвинул ставшую общепринятой гипотезу об образовании Земли и других планет из холодных твердых допланетных тел. Эти тела называются планетезимали.
Эта концепция подтверждается результатами компьютерного моделирования.
Однако существуют и другие модели.
Достаточно точные данные о возрасте Земли получают при анализе радиоактивных превращений элементов Земли и метеоритов (изопным методом)
КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ СОДЕРЖАНИЕ НАУК О ЗЕМЛЕ.
Строение Земли.
Земля - третья планета Солнечной системы.
Земля представляет собой твердое тело, окруженное водной и газовой оболочками — гидросферой и атмосферой.
Земля не идеальный шар. Она сплюснута у полюсов и расширена к экватору. Форма Земли - сфероид или эллипсоид вращения. С большой точностью форму Земли удалось определить лишь в XX в. с помощью приборов, установленных на искусственных спутниках.
Средний радиус Земли — 6370 км.
Площадь поверхности Земли 510 млн. кв.км. Около 71 % поверхности Земли занимает Мировой океан (361 млн. км2), 29 % занимает Суша (149 млн. км2 )
Различают внутренние (земная кора, мантия, ядро) и внешние (гидросфера, атмосфера)
оболочки Земли. Недра Земли так же недоступны для непосредственного изучения, как галактики. Материалы, слагающие твердую Землю непрозрачны и плотны. Прямые исследования их возможны лишь до глубин, составляющих ничтожную часть радиуса Земли (самая глубокая скважина около 12 км на Кольском полуострове).
Проблема строения Земли решается, в основном лишь косвенными методами.
Наиболее надежные сведения о внутренней структуре Земли нам дает сейсмография -регистрация сейсмических колебаний при землетрясениях.
Земная кора — внешняя твёрдая оболочка Земли.
Толщина ее неравномерна: на материках 30-40 км, под горами (Памир, Анды) - до 70 км, под океанами — 5-10 км.
Половина всей массы коры приходится на кислород (в связанном состоянии).
Геологические особенности земной коры определяются совместными действиями на нее атмосферы, гидросферы и биосферы. Состав коры и внешних оболочек непрерывно обновляется.
Мантия ( в переводе с греческого «покрывало, плащ)
Под земной корой, ближе к центру Земли располагается слой толщиной почти 2900 км, называемый мантией. Мантия — наиболее мощная оболочка Земли.
Ученые предполагают, что мантия состоит в основном из соединений кремния.
Мантия существует в виде двух шаровых слоев — нижней и верхней мантии. Толщина нижней части мантии — 2000 км, верхней — 900 км.
Литосфера - образована земной корой вместе с самой верхней твердой частью мантии, (толщина около 100 км).
Астеносфера — нижняя часть верхней мантии находится в расплавленном состоянии. Литосфера как бы «плавает» в ней. В астеносфере находятся очаги вулканов. Происходящие в мантии процессы обусловливают тектоническое движение, образование магмы и вулканическую деятельность.
Земное ядро. Под мантией находится земное ядро с радиусом примерно 3500 км. Ядро состоит из внешней оболочки в жидком состоянии (толщиной 2200 км) и внутреннего твердого субъядра (1250 км).
С жидким состоянием внешнего ядра связывают представления о природе земного магнетизма.
При переходе от мантии к ядру резко изменяются физические свойства вещества, по-видимому, в результате высокого давления. Ядро Земли – пока загадка для науки. С определенной достоверностью можно говорить лишь о его радиусе и температуре ~ 4000-5000 0С.
Химический состав ядра - железо и никель.
Теория литосферных плит.
Влияние внутренних процессов на эволюцию геологических структур Земли в настоящее время объясняет теория литосферных плит.
Согласно этой теории вся литосфера разделена узкими активными зонами – глубинными разломами - на отдельные жесткие блоки, плавающие в пластичном слое верхней мантии (астеносфере).
Все изменения, происходящие на поверхности планеты, связаны с движением по ней этих плит. Самые крупные из плит – Антарктическая, Австралийская, Южноамериканская, Тихоокеанская, Североамериканская и Евразийская. Число и положение плит менялось от эпохи к эпохе. Плиты могут двигаться поступательно, разворачиваться, сталкиваться и расходиться. Рождение плит и их уход обратно в мантию происходит в океанах.
Вдоль границ литосферных плит расположены зоны повышенной тектонической активности (напр. Курило-Камчатская островная дуга).
Что является движущей силой «плавающих материков»? Как показывают данные термодинамических и сейсмических измерений, внутри мантии существуют вариации температуры и плотности, в результате чего происходит циркуляция вещества: горячий и менее плотный материал поднимается вверх, охлаждается и, с увеличением плотности, опускается в глубину. Достаточно малого перепада температур, чтобы пластичная мантия пришла в медленное движение и заставила перемещаться блоки литосферы.
Почти все эти движения плит сейчас подтверждены непосредственными измерениями, с использованием методов высокоточной астрономической и спутниковой геодезии. Сейчас измерены их скорости, которые составляют от нескольких мм до 10-18 см в год.
Теория тектонических литосферных плит существенно изменила мировоззрение и представления об эволюции нашей планеты. Она имеет также и практические аспекты. Мы стали лучше понимать природу землетрясений и получили возможность улучшить их прогнозирование. Зная линии разломов земной коры, вдоль которых происходит смещение плит, можно наблюдать за этим смещением. Если оно замедляется или останавливается, это указывает на вероятность приближения сейсмического толчка или серии таких толчков. Теория литосферных плит сделала более понятным распределение полезных ископаемых.
В целом размеры Земли являются постоянными, благодаря действующим на Земле геофизическим полям (гравитационному, магнитному, электрическому и тепловому.)
Гидросфера
Под гидросферой понимают совокупность всех вод Земли, находящихся в твердом, жидком и газообразном состояниях. Объем гидросферы 1,5 млрд. км3. Из этого объема пресной воды менее 3 %.
Это - Мировой океан, пресные воды рек и озер, ледниковые и подземные воды.
Функции гидросферы Земли:
регулирует температуру планеты,
обеспечивает кругооборот веществ,
является составной частью биосферы.
Атмосфера - газовая оболочка, окружающая Землю и вращающаяся с ней как единое целое.
По химическому составу атмосфера Земли представляет собой смесь газов, состоящую преимущественно из азота (78 % об.) и кислорода (21% об.).
В атмосфере Земли выделяют слои: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу.
Тропосфера — это нижний слой атмосферы, определяющий погоду на нашей планете. Его толщина — 10 (в полярных широтах) —18 км (в тропиках). С высотой падает давление и температура, опускаясь до - 55°С.
В тропосфере заключено свыше 80 % массы атмосферы и практически весь водяной пар.
Стратосфера- до 50 -55 км в высоту.
Нижняя часть стратосферы имеет постоянную температуру, в верхней части наблюдается повышение температуры. В стратосфере находится озоновый слой, поглощающий жесткое ультрафиолетовое излучение.
Стратосфера характеризуется исключительной сухостью воздуха. Процессы в стратосфере практически не влияют на погоду.
Мезосфера - слой, лежащий над стратосферой на высотах 55-85 км.
Термосфера (ионосфера) находится над мезосферой на высотах примерно 85-800 км от поверхности Земли. В ней происходят основные процессы поглощения и преобразования солнечного ультрафиолетового и рентгеновского излучений.
Ионосфера состоит преимущественно из ионизированных частиц (плазмы), обладающих способностью отражать короткие радиоволны. В термосфере тормозятся и сгорают метеориты. Таким образом, термосфера выполняет функцию защитного слоя Земли, а также позволяет осуществлять дальнюю радиосвязь.
Экзосфе́ра - самая внешняя часть верхней атмосферы Земли с низкой концентрацией нейтральных атомов.