- •Федеральное агентство по образованию
- •Брянский государственный технический университет
- •В.И.Попков
- •Концепции современного естествознания
- •Введение
- •Часть 1. Логика и методология естественных наук
- •1.1.Предмет естествознания
- •1.2. Культура и наука
- •1.3. Научная картина мира
- •1.4. Связь науки с другими компонентами культуры
- •1.5. Виды научного знания
- •1.6. Проблема культур в науке
- •1.7. Материя и движение
- •1.8. Пространство и время
- •1.9. Материальное единство мира
- •1.10. Характерные черты науки
- •1.11. Мышление
- •1.12. Структура научного познания
- •1.13. Методы научного познания
- •1.13.1. Философские методы
- •1.13.2. Общенаучные методы
- •1.13.2.1.Эмпирические методы исследования
- •1.13.2.2. Методы теоретического познания
- •1.13.2.3. Общелогические методы и приемы
- •1.13.2.4. Математика – универсальный язык естествознания
- •1.13.3 .Прочие методы
- •1.14. Гипотеза и теория
- •1.15. Критерии научного знания
- •1.16. Модели развития науки
- •1.17. Дифференциация и интеграция в науке
- •1.18. Принципы организации современного естествознания. Системный метод в современном естествознании
- •1.19. Особенности современной научной картины мира
- •Часть 2. Основные физические концепции
- •2.1. Концепция детерминизма в классическом естествознании
- •2.1.1. Триумф небесной механики и детерминизм Лапласа
- •2.1.2. Идеализированные представления о пространстве, времени и состоянии в классической механике
- •2.1.3. Связь законов сохранения с фундаментальной симметрией пространства и времени.
- •2.2.2. Континуальный подход в механике сплошных сред
- •2.2.3. Концепция близкодействия и материальные физические поля
- •2.2.4. Классические представления о природе света
- •2.2.5. Апофеоз классического естествознания
- •2.3. Развитие представлений о пространстве и времени в естествознании
- •2.3.1. Пространство и время в античной натурфилософии
- •2.3.2. Абсолютное пространство и абсолютное время в классическом естествознании
- •2.3.3. Уравнения Максвелла и концепция абсолютно неподвижного эфира
- •2.3.4. Элементы специальной и общей теории относительности
- •2.3.4.1.Постулаты Эйнштейна
- •2.3.4.2. Преобразования Лоренца
- •2.3.4.3. Следствия из преобразований Лоренца
- •1.Одновременность событий в разных системах отсчета
- •2. Длина тел в разных системах отсчета
- •3. Длительность событий в разных системах отсчета
- •4. Закон сложения скоростей в релятивистской механике
- •2.3.4.4. Интервал
- •2.3.4.5. Основы релятивистской динамики
- •1. Релятивистский импульс
- •2.Зависимость массы от скорости
- •3. Взаимосвязь массы и энергии
- •4. Энергия связи
- •5. Частицы с нулевой массой покоя
- •2.3.4.6. Четырехмерное пространство-время в общей теории относительности
- •2.3.4.7. Релятивизм как концептуальный принцип неклассического естествознания
- •2.4. Статистические закономерности в приРоде
- •2.4.1. «Стрела времени» и проблема необратимости в естествознании
- •2.4.2. Возникновение статистической механики.
- •2.4.3. Особенности описания состояний в статистических теориях.
- •2.4. 4. Увеличение энтропии при переходе из упорядоченного в неупорядоченное состояние
- •2.4.5. Гипотеза Томсона и «тепловая смерть» Вселенной.
- •2.5. Микромир и основные концепции неклассического естествознания
- •2.5.1. Зарождение квантовых представлений в физике
- •2.5.2. Особенности неклассического подхода к описанию динамики микрочастиц
- •2.5.3. Квантовая природа агрегатных состояний макроскопических объектов
- •2.6. На пути к единой фундаментальной теории материи
- •2.6.1. Становление субатомной физики
- •2.6.2. Фундаментальные взаимодействия в природе
- •2.6.3. Стандартная модель элементарных частиц
- •2.6.4. На переднем крае физики микромира
- •Часть 3. Мегамир: современные астрофизические и космологические концепции
- •3.1. Звездная форма бытия космической материи
- •3.2. Эволюция звезд
- •3.3. Современные космологические модели вселенной
- •3.4. Происхождение и развитие вселенной
- •3.5. Солнечная система
- •3.5.1. Солнце
- •3.5.2. Планеты солнечной системы
- •3.5.2.1. Земля
- •3.5.2.2. Луна
- •3.5.2.3. Меркурий
- •3.5.2.4.Венера
- •3.5.2.5. Марс
- •3.5.2.6. Юпитер
- •Часть 4. Основные химические концепции
- •4.1. Учение о составе
- •4.2.Структура вещества и химические системы
- •4.3. Учение о химических процессах
- •4.4. Эволюционная химия – высший уровень развития химических знаний
- •Часть 5. Биологический уровень организации материи
- •5.1. Предмет биологии и ее структура
- •5.2. Основные признаки живого
- •5.3. Структурные уровни живого
- •5.4. Клетка, ее строение и функционирование
- •5.5. Химические основы жизни. Генетика
- •5.6. Принципы биологической эволюции
- •5.7. Концепции возникновения жизни на земле
- •5.8. Исторические этапы развития жизни на земле
- •Енисей (1,5 млрд. Лет – 1,2 млрд. Лет) Появляются многоклеточные водоросли.
- •Часть 6. Человек как феномен природы
- •6.1. Происхождение человека
- •6. 2. Биологическое и социальное в развитии человека
- •6.3. Превращение биосферы в ноосферу
- •6.4. Глобальные проблемы человечества
- •Часть 7. Самоорганизация в живой и неживой природе
- •7.1. Кибернетика и общие проблемы управления
- •В сложных динамических системах
- •В создании кибернетики принимали участие многие ученые: д. Биглоу, к. Шеннон, и.М. Сеченов, и.П. Павлов, а.М. Ляпунов, а.А. Марков, а.Н. Колмогоров и др.
- •Энергия
- •7.2. Синергетика – новое направление междисциплинарных исследований
- •7.3 Характеристики самоорганизующихся систем
- •7.4. Закономерности самоорганизации
- •7.5. Физические модели самоорганизации в экономике
- •Персоналии
- •Цитатник
- •Список использованной и рекомендуемой литературы
- •Часть 1. Логика и методология естественных
- •Часть 2. Основные физические концепции...104
- •Часть 3. Мегамир: современные астрофизи-ческие и космологические концепции……..180
3.5.2.3. Меркурий
Меркурий – ближайшая к Солнцу и самая маленькая планета Солнечной системы. По сравнению с другими планетами его орбита имеет значительный эксцентриситет. В перигелии Меркурий находится от Солнца на расстоянии 45,9 млн. км, в афелии – 69,7 млн. км. Несмотря на то, что Меркурий виден с Земли невооруженным глазом, он является самой неизученной из планет земной группы, так как телескопы не могут его хорошо исследовать из-за близости к Солнцу. Большая часть информации о Меркурии получена в 1974 – 1975 гг. с помощью космического аппарата «Маринер-10», совершившего три пролета мимо планеты и сфотографировавшего около 45% его поверхности. Период обращения Меркурия вокруг Солнца составляет 88 земных суток. Средняя скорость движения планеты по орбите 47,87 км/с (в афелии – 38,7 км/с, в перигелии – 56,6 км/с). Период вращения вокруг собственной оси – 58 суток 16 часов. Ось вращения почти перпендикулярна плоскости эклиптики.
Масса Меркурия составляет 0,055 массы Земли – 3,3∙1023 кг. Диаметр Меркурия – 4878 км (0,38 диаметра Земли). Ускорение свободного падения на поверхности 3,72 м/с2. Плотность – 5,43 г/см3. Это значит, что большая часть планеты состоит из тяжелых элементов. Предполагается, что 70% массы планеты составляет железосодержащее ядро радиусом 1800 км. Часть ядра вероятно расплавлена. Наличием железосодержащего ядра объясняется магнитное поле Меркурия, оно в 100 раз слабее земного. Кора и мантия достаточно тонкие, состоят из силикатов.
Поверхность планеты напоминает лунную, она усеяна кратерами. Диаметр кратера Бетховен достигает 643 км. Характерной чертой рельефа Меркурия являются крупные уступы. Ими изрезаны сотни километров поверхности. Высота уступов достигает 3 км. Температура на поверхности Меркурия меняется от –180°С до +430°С. Так как ось вращения перпендикулярна плоскости орбиты, на Меркурии не существует смены времен года. Около полюсов есть места, куда никогда не проникает солнечный свет. В этих местах имеются льды толщиной до 2 м. Атмосфера Меркурия имеет крайне низкую плотность (как в земной атмосфере на высоте 700 км).
3 августа 2004 г. с космодрома на мысе Канаверал запущен космический аппарат MESSENGER, предназначенный для исследования Меркурия. Аппарат достигнет Меркурия в 2008 г., пролетит мимо, затем сделает это в 2009 г., а в 2011 году выйдет на орбиту вокруг планеты, на которой будет вести непрерывные наблюдения в течение года.
3.5.2.4.Венера
Венера – вторая по расстоянию от Солнца и ближайшая к Земле планета Солнечной системы. После Солнца и Луны Венера самое яркое светило на небе. Исследования Венеры проводились советскими автоматическими станциями серий «Венера» и «Вега» и американскими станциями «Пионер-Венера». С помощью межпланетной автоматической станции «Магеллан» была составлена подробная карта Венеры.
Среднее расстояние Венеры от Солнца 108,2 млн. км (минимальное – 107,4 млн. км, максимальное – 109 млн. км). Орбита Венеры больше других планет приближена к круговой, ее эксцентриситет меньше 1%. Период обращения Венеры вокруг Солнца 224,7 земных суток. Орбитальная скорость составляет 35 км/с. Период обращения Венеры вокруг своей оси равен 243 земным суткам. Венера, в отличие от других планет Солнечной системы, вращается вокруг своей оси с востока на запад. Обычно планеты вращаются вокруг собственной оси в том же направлении, что и вокруг Солнца – с запада на восток. Наклонение экватора к плоскости орбиты около 3°, поэтому сезонные вариации температуры почти отсутствуют.
Диаметр Венеры по экватору 12103 км (0,95 диаметра Земли). Масса Венеры 4,87∙1024 кг (0,82 массы Земли). Средняя плотность – 5,25 г/см3. По своим размерам и массе Венера близка к Земле. Предполагается, что и по внутреннему строению Венера похожа на Землю. Железосодержащее ядро имеет радиус примерно 3000 – 3200 км. Мантия толщиной 2800 км представляет собой расплавленное вещество. Толщина коры около 20 км. Температура на поверхности Венеры достигает 470°С. Кора ослаблена высокой температурой, дает возможность лаве изливаться наружу. Данные, полученные космическим аппаратом Магеллан, показывают, что большая часть поверхности Венеры покрыта потоками лавы. Межпланетные космические станции зафиксировали следы недавней вулканической деятельности, обнаружено несколько небольших вулканов.
Поверхность Венеры представляет собой каменистую пустыню, освещенную желтоватым светом с преобладанием оранжевых и коричневых тонов рельефа. На поверхности имеются волнообразные равнины и большие горные массивы, превышающие по размерам Тибет. Их называют материками. Одной из самых обширных равнин является архипелаг Иштар. Он представляет собой огромное вцлканическое плато размером с Австралию. Самая высокая вершина планеты – потухший вулкан Максвелл высотой более 11 км. Обнаружено около 1000 ударных кратеров. На Венере нет мелких метеоритных кратеров, мелкие метеориты сгорают в атмосфере до достижения поверхности. Горные породы по своему составу схожи с земными базальтовыми породами. Грунт Венеры состоит на 50% из кремнезема, 16% алюминиевых квасцов, 11% окиси магния.
Венера обладает мощной атмосферой, наличие которой впервые установил М.В.Ломоносов в 1761 г. У поверхности плотность атмосферы достигает 1/15 плотности воды, а давление около 90 атмосфер. Основными компонентами атмосферы являются углекислый газ (до 96%) и азот (3 – 4%). Имеется незначительная примесь паров воды, угарного газа, двуокиси серы, паров соляной и фтористоводородной кислот, аргона. Содержание Н2О в глубоких слоях атмосферы очень мало, поэтому на Венере нет океанов. Вероятно, когда-то на Венере были запасы воды, но она вся испарилась. Поверхность Венеры покрыта многокилометровым слоем облаков, состоящих из капелек серной кислоты, частиц серы и кристалликов солей серной кислоты. На высоте 50 – 70 км температура в облаках около 230К. На этой высоте над экватором постоянно дуют ураганные ветры со скоростью до 300 м/с. Самый верхний слой атмосферы Венеры состоит почти целиком из водорода, он простирается до высоты 5500 км.
Большое количество углекислого газа в атмосфере препятствует пропусканию инфракрасного излучения с поверхности Венеры, что приводит к сильному «парниковому эффекту» и повышению температуры на поверхности Венеры до 470°С. Межпланетные станции наблюдали в атмосфере Венеры молнии на высоте от 2 до 32 км. Как и Земля Венера обладает ионосферой. Наибольшая концентрация ионов и электронов находится на высоте 150 км. У Венеры отсутствует собственное магнитное поле.