Okonskaya_Reznik_Filosofskie_problemy_nauki_i_tekhniki-1

секунды от «начала мира». Для теории важно, что эта неопределённость на начальном этапе фактически оказывается несущественной, поскольку образующееся после прохождения данного этапа состояние Вселенной и его последующую эволюцию можно описать вполне достоверно.

Структура Вселенной

Человечеству недоступно для обозрения 85% объема Вселенной, как это установлено после запуска в космическое околоземное пространство электронного телескопа «Хаббл»: оказывается, на 85% Вселенная состоит из так называемого «темного вещества», которое не испускает излучения достаточной для наблюдения интенсивности, но оказывает гравитационное влияние на излучение отдаленных галактик. Неудивительно, что вопросы состава и природы возникновения этого вещества до сих пор вызывают ожесточенные споры. Строение этого прежде неизвестного вещества пока никак не изучено. Заметим, что на Земле частицы темного вещества также еще не были зарегистрированы, хотя результаты отдельных экспериментов на Большом адронном коллайдере дают повод говорить об этом.

Уже исследованная часть Вселенной дает нам возможность представить ее структуру следующим образом:

Метагалактика – совокупность звездных систем – галактик. Для Метагалактики характерна ячеистая (сетчатая, пористая) структура.

Галактики в ней распределены не равномерно, а по границам ячеек, внутри которых галактик почти нет.

Возраст Метагалактики близок к возрасту Вселенной и составляет приблизительно 15 млрд лет.

Галактики – гигантские системы, состоящие из скоплений звезд и туманностей.

По форме галактики делятся на три типа:

эллиптические,

спиральные,

71

неправильные.

Эллиптические галактики наиболее простые по структуре:

распределение звезд в них равномерно убывает от центра.

Спиральные галактики – в форме спирали, включают в себя спиральные ветви. Это самый многочисленный тип галактик, к которому относится и наша Галактика – Млечный путь.

Неправильные галактики составляют примерно 5% всех галактик.

У этих галактик отсутствует симметрия формы, а также они характеризуются мощным радиоизлучением. Это радиогалактики. Все галактики излучают в радиодиапазоне с большим различием по мощности.

Светимость радиогалактик в радиодиапазоне сравнима со светимостью в оптическом диапазоне.

Эллиптические и спиральные галактики называются еще

«правильными». Они включают в себя горячие и яркие звезды и состоят из центрального ядра и сферической периферии (в виде спиральных ветвей или эллиптического диска).

В ядре сосредоточены самые старые звезды, возраст которых равен возрасту галактики. Звезды среднего и молодого возраста расположены в диске галактики.

Звезды и туманности вместе с галактикой принимают участие в расширении Вселенной и участвуют во вращении галактики вокруг оси.

Звезды.

Современная Вселенная содержит видимое вещество преимущественно в звездном состоянии. 97% видимой массы в нашей Галактике сосредоточено в звездах, которые представляют собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с

разной характеристикой движения. По современным оценкам динамическая (скрытая) масса скоплений галактик (как мы уже говорили)

в десятки раз превосходит видимую массу. Вероятным носителем скрытой массы является нейтрино.

72

Возраст звезд меняется от 15 млрд лет до сотен тысяч (самые молодые звезды).

Есть звезды, которые сегодня находятся в протозвездной стадии, т.е.

они еще не стали настоящими звездами.

Рождение звезд происходит в газово-пылевых туманностях под действием гравитационных, магнитных и других сил, причем рождается не отдельная звезда, а звездные ассоциации.

Основная эволюция вещества во Вселенной происходила и происходит в недрах звезд, водород превращается в гелий, при этом выделяется огромное количество энергии, уносимой излучением звезд. В

итоге на завершающем этапе эволюции звезды превращаются в инертные

«мертвые» звезды.

Вопрос 2. Структура Солнечной системы. Земля и ее параметры.

Солнечная система – это группа небесных тел, различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят:

Солнце: центральный объект солнечной системы, звезда класса

«жёлтый карлик». В Солнце сосредоточена подавляющая часть всей массы системы (около 99,866%), оно удерживает своим тяготением планеты и прочие тела, принадлежащие к Солнечной системе.

Все объекты Солнечной системы, не считая собственно Солнца,

официально делят на три категории: планеты, карликовые планеты и малые тела Солнечной системы.

Планеты: планетой называется любое тело на орбите вокруг Солнца, оказавшееся достаточно массивным, чтобы приобрести сферическую форму, но недостаточно массивным для начала термоядерного синтеза, и сумевшее очистить окрестности своей орбиты от планетезималей. Согласно этому определению в Солнечной системе имеется восемь известных планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс,

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон не соответствует этому

73

определению, поскольку не очистил свою орбиту от окружающих

объектов пояса Койпера.

Карликовая планета: так называются небесные тела,

обращающиеся по орбите вокруг Солнца; которые достаточно массивны, чтобы под действием собственных сил гравитации поддерживать близкую к округлой форму; но которые не очистили пространство своей орбиты от протопланет и при этом они не являются спутником какой-либо планеты. По этому определению у Солнечной системы имеется пять признанных карликовых планет:

Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. В будущем другие объекты могут быть классифицированы как карликовые планеты,

например, Седна, Орк и Квавар. Карликовые планеты, чьи орбиты находятся в регионе транснептуновых объектов, называют

плутоидами.

Малые тела: оставшиеся объекты, обращающиеся вокруг Солнца – это малые тела Солнечной системы. В настоящее время в этот список включено большинство астероидов Солнечной системы, большинство транснептуновых объектов (ТНО), а также кометы и прочие малые тела. (сюда входят прежде всего бесчисленное множество метеоритных тел,

движущихся роями или в виде отдельных частиц).

Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения Солнца. Все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и почти в одной и той же плоскости. Закономерно и строение Солнечной системы: каждая следующая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая.

Возникновение Солнечной системы

Теория, рассматривающая происхождение планетной системы,

должна объяснить следующее:

1. Почему орбиты всех планет лежат практически в плоскости солнечного экватора,

74

2.Почему планеты движутся вокруг Солнца по орбитам, близким к круговым,

3.Почему направление обращения вокруг Солнца одинаково для всех планет и совпадает с направлением вращения Солнца и собственным вращением планет (за исключением Венеры и Урана) вокруг осей,

4.Почему 99,8 % массы солнечной системы приходится на Солнце и лишь 0.2 % на планеты, тогда как планеты обладают 98 % момента количества движения всей Солнечной системы,

5.Почему планеты делятся на две группы, резко различающиеся между собой средней плотностью?.

В этот список, на мой взгляд, напрашиваются не менее важные для исследования вопросы:

6. Отчего у Солнца и газовых планет-гигантов дифференциальное вращение газовых (плазменных) оболочек? Полярные области Солнца,

например, делают полный оборот за 35 земных суток, а экваториальные, -

за 25?

7. Каково происхождение магнитных полей звезд, в частности,

Солнца и целого ряда его планет и их спутников?

8.В чем причина вулканической и сейсмической активности планет

ССи их спутников?

9.Как объяснить, например, что газовые планеты-гиганты (Юпитер,

Сатурн…) излучают энергии заметно больше, чем получают от Солнца?

И, наконец, важнейший мировоззренческий вопрос:

10. Откуда взялось Вещество, из которого со временем сформировались планеты, Солнце?

Сложилось несколько подходов к решению данной проблемы.

1)Точка зрения Канта-Лапласа (ХIХ в.)

Кант считал, что Солнечная система образовалась из холодной

пылевой туманности. В процессе эволюции сначала сформировалось

75

центральное массивное тело – будущее Солнце, а потом планеты. Гипотеза

Канта строится на основе закона всемирного тяготения.

Лаплас за основу брал горячую газовую туманность,

вращающуюся с огромной скоростью под действием закона всемирного тяготения. От нее начинают отделяться кольца, будущие планеты, а потом уже образуется Солнце.

2)Гипотеза Д. Х. Джинса (нач. ХХ в.)

Считал, что сначала появилось Солнце. Возле него проходила огромная Звезда. Произошло столкновение. В результате Солнце произвело выброс горячего газа, который и дал начало образованию планет. Данная гипотеза не имеет широкого распространения в научной среде.

3) Гипотеза Ю. Шмидта (1944 г.)

По его мнению, сначала появилось Солнце из газопылевой туманности, а потом планеты, в том числе и наша Земля. Образование планет связано со звездообразованием.

4) Современная концепция Ф. Хойла и Х. Альфвена (1960 г.)

основана на том, что решающую роль в зарождении Солнечной системы сыграли электромагнитные силы.

Первоначальное газовое облако, из которого образовались 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 падающий газ на различных расстояниях – как раз там, где находятся планеты.

Магнитогидродинамические процессы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа, и в результате образовались планеты.

76

Солнечная система появилась примерно 5 млрд лет назад, причем при излучении Солнце теряет 1% своей массы за 5 млрд лет.

Источник солнечной энергии – термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Солнечная активность имеет цикл равный одиннадцати годам.

Солнце вращается вокруг оси галактики со скоростью 250 км/с. Один полный оборот вокруг галактического центра Солнечная система совершает за 180 млн лет.

Ближайшей к Солнцу звездой является α-Центавра, а далее Сириус.

Земля и ее параметры.

Земля – третья планета Солнечной системы Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из

солнечной туманности около 4,54 миллиарда лет назад и вскоре после этого приобрела свой единственный естественный спутник – Луну.

Предположительно жизнь появилась на Земле примерно 3,9 млрд лет назад, то есть в течение первого миллиарда после её возникновения. С тех пор биосфера Земли значительно изменила атмосферу и прочие абиотические факторы, обусловив количественный рост аэробных организмов, а также формирование озонового слоя, который вместе с магнитным полем Земли ослабляет вредную для жизни солнечную радиацию, тем самым сохраняя условия существования жизни на Земле.

Радиация, обусловленная самой земной корой, со времён её образования значительно снизилась благодаря постепенному распаду радионуклидов в ней. Кора Земли разделена на несколько сегментов, или тектонических плит, которые движутся по поверхности со скоростями порядка нескольких сантиметров в год. Изучением состава, строения и закономерностей развития Земли занимается наука геология.

Приблизительно 70,8% поверхности планеты занимает Мировой океан, остальную часть поверхности занимают континенты и острова.

77

На материках расположены реки, озёра, подземные воды и льды,

вместе с Мировым океаном они составляют гидросферу. Жидкая вода,

необходимая для всех известных жизненных форм, более нигде, кроме Земли среди известных планет и планетоидов Солнечной системы, не существует. Полюса Земли покрыты ледяным панцирем, который включает в себя морской лёд Арктики и антарктический ледяной щит.

Сопоставление размеров планет земной группы (слева направо):

Меркурий, Венера, Земля, Марс Внутренние области Земли достаточно активны и состоят из

толстого, очень вязкого слоя, называемого мантией, которая покрывает жидкое внешнее ядро, являющееся источником магнитного поля Земли, и

внутреннее твёрдое ядро, предположительно состоящее из железа и никеля. Физические характеристики Земли и её орбитального движения позволили жизни сохраниться на протяжении последних 3,5 млрд лет. По различным оценкам, Земля будет сохранять условия для существования живых организмов ещё в течение 0,5 – 2,3 млрд лет Земля взаимодействует

(притягивается гравитационными силами) с другими объектами в космосе,

включая Солнце и Луну. Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 солнечных суток. Ось вращения Земли наклонена на 23,44° относительно перпендикуляра к её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты с периодом в один тропический год – 365,24 солнечных суток. Сутки сейчас составляют примерно 24 часа. Луна начала своё обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 миллиарда лет назад. Гравитационное воздействие Луны на Землю является причиной возникновения океанских приливов. Также Луна стабилизирует наклон земной оси и постепенно замедляет вращение Земли. Некоторые теории полагают, что падения астероидов приводили к существенным изменениям в окружающей среде и поверхности Земли, вызывая, в частности, массовые вымирания различных видов живых существ.

78

Планета является домом для миллионов видов живых существ,

включая человека. Человеческая культура сформировала много представлений об устройстве мироздания – таких, как концепция о плоской Земле, геоцентрическая система мира, или гипотеза, по которой Земля представляет собой единый суперорганизм. Необходимо проанализировать те из гипотез, которые соответствуют современному этапу развития науки.

Земля относится кпланетам земной группы, и, в отличие от газовых гигантов, таких как Юпитер, имеет твёрдую поверхность. Это крупнейшая из четырёх планет земной группы в Солнечной системе, как по размеру,

так и по массе. Кроме того, Земля имеет наибольшую плотность, самую сильную поверхностную гравитацию, сильнейшее магнитное поле и,

возможно, обладает самой активной тектоникой плит среди этих четырёх планет.

Недра Земли делятся на слои по химическим и физическим

(реологическим) свойствам, но в отличие от других планет земной группы,

внутренняя структура Земли имеет ярко выраженное внешнее и внутреннее ядро. Наружный слой Земли представляет собой твёрдую оболочку, состоящую, главным образом, из силикатов. От мантии она отделена границей с резким увеличением скоростей продольных сейсмических волн –поверхностью Мохоровичича. Твёрдая кора и вязкая верхняя часть мантии составляют литосферу. Под литосферой находится астеносфера, слой относительно низкой вязкости, твёрдости и прочности в верхней мантии.

Значительные изменения кристаллической структуры мантии происходят на глубине 410—660 км ниже поверхности, охватывающей переходную зону, которая отделяет верхнюю и нижнюю мантию. Под мантией находится жидкий слой, состоящий из расплавленного железа с примесями никеля, серы и кремния – ядро Земли. Сейсмические измерения

79

показывают, что оно состоит из 2 частей: твёрдого внутреннего ядра с радиусом ~ 1220 км и жидкого внешнего ядра, с радиусом ~ 2250 км.

Таким образом, запоминаем: структура Земли – это:

1.Земная кора (10-80 км)

2.Мантия (2900-3000 км)

3.Ядро.

Земная кора – твердая внешняя оболочка Земли, входит в литосферу,

включающую верхние твердые слои мантии.

Мантией называют оболочку Земли, расположенную между земной корой и ядром Земли. Мантия занимает 83% Земли (без атмосферы) по объему и 67% – по массе.

Ядро – наиболее плотная часть Земли, расположенная в центре. Ядро делится на внешнее и внутреннее. Циркулирующее во внешнем ядре жидкое железо рождает магнитное поле Земли.

Внутреннее ядро представляет собой твердый железный шар

(единый гигантский кристалл железа) с диаметром 2500 км.

Земля имеет атмосферу (газообразная оболочка), которая состоит из трех составляющих:

тропосфера (9-17 км) – фабрика погоды;

стратосфера (до 55 км) – кладовая погоды;

ионосфера (800-1000 км).

Вопросы для самопроверки

1) Гипотезы происхождения Вселенной, Солнечной системы, Земли,

Луны.

2)Что такое физический вакуум?

3)Что такое кварки, квазары, пульсары?

4)Эволюция Солнечной системы.

5)Типы звезд.

6)Рождение и эволюция звезд.

80